文章导读
你知道B介子竟能“生”出纯重子四体末态吗？武汉大学孙亮团队参与的LHCb最新论文首次观测到稀有衰变B+ → ¯Λp¯pp，测得分支比在10^-7 量级并检验了CP不对称性——结果略低于理论预期。研究还揭示了重子–反重子对在阈值处的双重增强效应，挑战均匀相空间模型，为多体重子化强子化机理和微扰QCD建模提供了首批关键实验约束。文章还介绍了数据来源、主要贡献者与武汉大学在LHCb中的角色。阅读本文，你将掌握这项发现的意义、实验难点与对理论的影响。
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（通讯员物轩）近日，欧洲核子中心大型强子对撞机（LHC）的LHCb合作组在《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表了关于带电B介子衰变到纯重子末态的研究成果，论文题目为“First Observation of the Charmless Baryonic Decay B+ → ¯Λp¯pp”。按照高能物理学界的惯例，该论文由LHCb合作组全体成员依作者姓氏英文字母顺序共同署名。武汉大学物理科学与技术学院教授孙亮课题组在该研究中发挥了关键作用。孙亮指导的2023级博士生唐迎澳负责了物理分析主体工作、论文撰写及投稿，并完成同行评审的答复工作。论文的主要贡献者还包括美国辛辛那提大学教授Mike Sokoloff和法国克莱蒙奥弗涅大学研究员Simon Akar。
图1 通过拟合LHCb Run2数据提取了78±12个B+→ ¯Λp¯pp衰变信号
图2 (左，中)经过本底扣除后的重子-反重子不变质量谱学与相空间蒙特卡洛模拟相比较
(右)经过本底扣除后的重子-反重子不变质量的二维分布
B介子到含重子末态的衰变过程，是标准模型下研究b→ u树图过程及b→ s(d)电弱企鹅图过程的重要平台，对于理解强子化动力学机制及检验QCD模型具有重要意义。相比于介子末态，含重子末态的B介子衰变展现出独特的“阈值增强”效应，即重子-反重子对倾向于在重子质量阈值附近产生。包含两个重子-反重子对的四体末态能够探测超出单一重子对的强子化动力学，对¯Λp强子系统的研究还可以增进我们对高激发态奇异介子和诸如X(2085)等奇特强子态的理解。但由于B+→ ¯Λp¯pp衰变分支比较之纯介子末态过程要低一到两个数量级，并且末态包含难以探测的长寿命Λ超子，实验上观测难度很大。
研究基于LHCb实验第二个取数周期获取的质子-质子对撞数据，首次观测到了B介子衰变为纯重子四体末态的稀有过程B+→ ¯Λp¯pp，并测量了其分支比和CP不对称性。分支比测量结果在10-7量级，略低于之前理论预言。研究还发现，在扣除背景后，重子-反重子¯Λp和¯pp的不变质量谱在运动学阈值处表现出显著的双重增强效应，这与均匀相空间分布形成对比，有力验证了重子对产生的阈值增强机制。该成果为微扰QCD效应在多体重子末态中的建模提供了关键的实验约束，特别是在理论不确定性较大的区域提供了新的数据支持。
武汉大学自2016年加入LHCb合作组，是国内第四家参与该国际合作的高校。近年来，武汉大学LHCb团队在B介子稀有衰变和无粲含重子末态衰变等高能物理前沿陆续取得了一系列研究进展。
该工作得到海外高层次人才计划、国家自然科学基金国际合作项目和科技部国家重点研发项目的支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/3pcs-dxtn
（供图：物理科学与技术学院 编辑：赵冀帆）
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这实验难度听着就头大，武大能搞成真不错👍