3月18日,北京譜儀III(BESIII)實驗合作組宣布,在粲物理領域取得重要研究進展:研究團隊首次觀測到粲夸克半輕衰變過程D+→η'μ+νμ,并提取了強子躍遷形狀因子。這一成果為檢驗有效理論模型、驗證粲夸克繆子-電子半輕躍遷中的輕子普適性提供了關鍵實驗依據(jù)。相關論文以"Observation of D+→η'μ+νμ?and First Experimental Study of?D+→η'μ+νμ?Decay Dynamics"為題,發(fā)表于國際權威期刊《物理評論快報》(Phys. Lett. Rev. 134,111801(2025))。
粲介子半輕躍遷過程是研究基本粒子間相互作用的重要窗口。在這一過程中,粲夸克通過弱相互作用衰變?yōu)檩p夸克,同時釋放出輕子(如繆子),這一過程可被理解為粲夸克的貝塔衰變,其中初態(tài)與末態(tài)夸克之間的強相互作用由強子躍遷形狀因子描述。因此,對強子躍遷形狀因子的精確測量不僅為研究量子色動力學(QCD)的非微擾效應提供了關鍵數(shù)據(jù),也是揭示強相互作用深層規(guī)律、精確檢驗標準模型的重要途徑。
BESIII實驗團隊基于約6000萬個帶電粲介子樣本,首次觀測到粲介子半輕衰變D+→η'μ+νμ,并測定其衰變分支比為(1.92±0.29)×10-4,進而對D+→η'的半輕躍遷中的輕子普適性進行了實驗檢驗;首次在實驗上抽取到D+→η'強子躍遷形狀因子為0.263± 0.026。實驗結果有力地排除了部分理論模型,為檢驗和刻度量子色動力學唯象理論模型和格點量子色動力學提供了重要的實驗依據(jù)。
2024年恰逢粲夸克發(fā)現(xiàn)50周年。作為國際粲物理研究的核心平臺,BESIII實驗近年來完成了世界上最大的閾值處粲介子樣本采集,數(shù)據(jù)規(guī)模與質量均達到全球領先水平。此次突破性進展的取得,得益于實驗團隊對高質量數(shù)據(jù)的高效利用與創(chuàng)新分析方法。

圖1. D+→η'強子躍遷形狀因子和半輕躍遷分支比測量結果與理論計算的比較
上述研究由高能所馬海龍研究員、蘇州大學徐新平教授和復旦大學羅濤教授的研究團隊共同完成。該工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和博士后基金等資助。
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DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.111801
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