近日，北京譜儀III（BESIII）合作組在粲介子強(qiáng)子衰變的實(shí)驗研究中取得重要進(jìn)展，研究成果以“Observation of the W-Annihilation Process Ds+→ωρ+?and Measurement of Ds+→Φρ+?in Ds+→π+π+π-π0π0?Decays”為題發(fā)表于國際權(quán)威期刊《物理評論快報》（PhysRevLett.134.201902）。
在粲介子衰變中，末態(tài)為兩個矢量介子衰變被認(rèn)為是尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理及研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的重要過程。理論認(rèn)為此類衰變由橫向極化主導(dǎo)，
波成分作為主要貢獻(xiàn)存在。然而，現(xiàn)有實(shí)驗表明，部分該類衰變過程由縱向極化主導(dǎo)，并觀測到
?波或
?波主導(dǎo)的反?，F(xiàn)象，這與傳統(tǒng)理論預(yù)期產(chǎn)生了嚴(yán)重不符，并以“極化難題”為名在物理學(xué)家中受到廣泛討論。目前，物理學(xué)家常使用拓?fù)鋱D方法研究該類過程，而純W-湮滅過程Ds+→ωρ+和純W-外發(fā)射過程Ds+→Φρ+是研究“極化難題”的重要研究對象。二者的拓?fù)鋱D如圖1所示。
BESIII實(shí)驗團(tuán)隊利用采集的大量奇異粲介子數(shù)據(jù)，利用振幅分析方法，首次觀測到Ds+→ωρ+?衰變過程，并對Ds+→Φρ+?過程進(jìn)行了首次測量。振幅分析擬合結(jié)果如圖2所示。利用振幅分析，BESIII合作組得到了二者的分波振幅絕對分支比，發(fā)現(xiàn)了Ds+→ωρ+?衰變過程中
?波大于
?波的反常現(xiàn)象，與Ds+→Φρ+?衰變過程中
?波主導(dǎo)的實(shí)驗現(xiàn)象存在明顯偏差。通過對這兩個過程的絕對分支比及分波振幅分支比進(jìn)行比較，將有助于解決困擾物理學(xué)家多年的“極化難題”，并為末態(tài)相互作用研究做出重要貢獻(xiàn)。
此外，通過該研究，BESIII合作組對Φ→π+π-π0與Φ→K+K-比例進(jìn)行了計算，測量結(jié)果與之前BESIII實(shí)驗結(jié)果一致，與目前世界平均測量結(jié)果存在3倍以上標(biāo)準(zhǔn)偏差，為Φ衰變研究提供了重要支持。
高能物理研究所董燎原研究員，博士后盧澤輝和鄭州大學(xué)柯百謙教授等合作組成員為這一發(fā)現(xiàn)做出了主要貢獻(xiàn)，北京譜儀III探測器維護(hù)和離線軟件團(tuán)隊、北京正負(fù)電子對撞機(jī)的加速器運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊為數(shù)據(jù)采集和處理提供了基礎(chǔ)支持。
該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院的支持。
論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.134.201902
論文DOI：10.1103/PhysRevLett.134.201902
圖1 純W-湮滅過程Ds+→ωρ+ (a) 和純W-外發(fā)射過程Ds+→Φρ+ (b) 的拓?fù)鋱D
圖2?π+π-π0不變質(zhì)量譜
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