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仪表网 研发快讯】近日，《自然》(Nature)以“Exploring baryon semi-leptonic decays through polarization and entanglement”为题，介绍了基于北京正负电子对撞机(BEPCII)的北京谱仪III(BESIII)国际合作组在重子β衰变研究领域取得的重大突破。东南大学物理学院副研究员潘祥作为论文主要完成人之一参与该项研究工作。
粒子物理
标准模型是描述基本粒子及粒子间强、弱和电磁相互作用的理论框架，寻找超出标准模型预期的实验现象是当前物理学最前沿课题之一。标准模型中，CKM矩阵描述了夸克通过弱相互作用改变自身味道的跃迁概率，其满足幺正性。然而，当前K介子与陶轻子实验在CKM矩阵元|Vus|测量上呈现出与幺正性不一致分歧，亟需新的独立交叉检验。
超子是一类含有奇异夸克的重子，其β衰变Λ→pe?ν??是精确测量|Vus|的理想窗口。图1展示Λ→pe?ν??衰变示意图。但长期以来，该过程受限于固定靶实验对衰变动力学信息提取能力的不足，物理潜力未能释放。受此制约，30多年来该衰变道再无新的实验进展。
BESIII实验是由15个国家近700名科学家参与的大型国际合作，聚焦陶-粲能区精密物理研究，在强子谱学、粲物理、陶物理以及新物理寻找等领域取得了一系列世界领先成果。东南大学于2015年正式加入合作组。
在BESIII实验中，正负电子对撞湮灭产生J/ψ粒子，进而衰变为一对自旋严格关联的量子纠缠Λ超子与反Λ超子。研究团队利用这一独特优势，系统分析了100亿个J/ψ衰变事例，精确测量Λ→pe?ν??衰变绝对分支比、动力学参数以及CKM矩阵元|Vus|。得益于利用极化和量子纠缠信息以及独特的联合角分布多变量拟合方法对探测灵敏度与信息利用率的提高，本研究仅以三十年前美国费米实验室研究二十分之一的数据量，便达到同等测量精度，并实现了对弱电耦合参数的首次测量。图2展示了本工作独立测得|Vus|结果，与CKM幺正性预期一致。目前，该方法已推广至BESIII其他重子的衰变测量，并有望为欧洲PANDA实验及下一代超级陶粲装置提供关键分析手段。
该工作由西南科技大学数理学院特聘副教授王顺(实际第一作者)、复旦大学现代物理研究所教授罗涛(实际通讯作者)、东南大学物理学院副研究员潘祥、中国科学院高能物理研究所与波兰国家核物理研究中心(National Centre for Nuclear Research)的Varvara Batozskaya、瑞典乌普萨拉大学(Uppsala University)与波兰国家核物理研究中心的Andrzej Kupsc，以及瑞典乌普萨拉大学的Patrik Adlarson合作完成。其中，潘祥对该研究中Λ→pe?ν??衰变绝对分支比的测量做出了重要贡献，是论文的主要完成人之一。遵循高能物理领域大型实验合作组的国际通用署名规则，论文作者按字母顺序排列。
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