北京谱仪III实验观测到超子激发态的新辐射衰变模式

文章导读

你可能从未想过，实验室里两个看不见的粒子衰变信号，会动摇整个粒子物理大厦的根基。我们习以为常的夸克模型，正被北京谱仪III的一组数据悄悄推到悬崖边。当Λ(1520)和Λ(1690)这两个本该行为相似的激发态超子，突然在γΣ0衰变道上演完全不同的戏码——一个清晰可见，另一个却离奇消失——这意味着什么？理论预测被逐一排除，连SU(3)对称性也只能勉强解释一半。更关键的是，那个未被观测到的Λ(1690)→γΛ衰变，究竟藏着怎样的结构秘密？

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Λ超子是含有一个奇异夸克的重子，其激发态Λ(1520)和Λ(1690)的内部结构与衰变机制，是探索强相互作用和理解夸克禁闭的关键窗口。

近日，北京谱仪III（BESIII）实验在超子激发态的电磁辐射衰变研究中取得突破，首次观测到两个激发态粒子Λ(1520)和Λ(1690)衰变为一个光子（γ）和一个Σ⁰超子的过程。

BESIII实验基于其采集的约100亿J/ψ事例的巨大样本，并利用量子关联的正反超子对末态优势，在γΣ⁰的不变质量谱中，首次清晰地观测到了来自Λ(1520)和Λ(1690)的信号。两个信号的统计显著性均超15倍标准偏差，这标志着Λ(1520)与Λ(1690)粒子的辐射衰变道首次被实验发现。

BESIII实验进一步测量了Λ(1520)衰变到γΛ与衰变到γΣ⁰的分支比比值，结果为3.19。该值与基于夸克味SU(3)对称性的理论预期在误差范围内相符，但排除了如相对论性组分夸克模型和代数模型等其他理论预言。更为引人注目的是Λ(1690)粒子与Λ(1520)粒子有不同的反常行为：虽然Λ(1690)衰变到γΣ⁰的信号清晰可见，但对应的Λ(1690)→γΛ衰变却未被观测到，其上限不足γΣ⁰衰变分支比的8%。这两个相似激发态在辐射衰变模式上表现出的显著差异，为理解激发态超子的内部结构提出了全新谜题，也对现有描述轻夸克动力学的理论模型构成了直接挑战。

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