科研团队首次观测到粲重子横向极化效应

近日，中国科学院大学物理科学学院长聘教轨助理教授孙昊与吕晓睿教授等首次在正负电子湮灭产生及其反粒子对的过程（对产生过程）中观测到最轻粲重子Λc+的横向极化效应，并系统研究了其产生和弱衰变动力学。相关成果以“Production and Decay Dynamics of the Charmed Baryon Λc+in e+e–Annihilations near Threshold”为题发表在物理学顶级期刊《物理评论X》（Physical Review X）上。该项工作由国科大团队与兰州大学等团队合作完成。

质子、中子等重子由三个夸克组成，构成了我们周围可见物质的主体。电结构GE和磁结构GM是研究重子内部结构的重要探针，此前BESIII合作组已在阈值附近精确测量二者的大小和比值，但相对相位信息的缺失限制了相关理论的预言能力。对产生过程中，非零的相对相位会通过量子干涉使Λc+和Λc–产生垂直于反应平面的横向极化（如上图）。精确测量横向极化将为理解重夸克参与下的重子结构和动力学、理解其产生机制和自旋形成提供全新维度的实验约束，推动对非微扰强相互作用的深入认识。

团队分析了BESIII实验在4.60至4.9.5 GeV质心能量范围内采集的正负电子湮灭数据，首次确立了粲重子Λc+的横向极化效应，并抽取了电磁结构的相对相位信息。团队创新性地选取5个Λc+弱衰变道作为极化探针，纳入电磁产生和衰变动力学的统一分析框架，在粲重子产额限制下总体统计显著性突破10倍标准差。同时，研究得到了四个两体弱衰变过程的李-杨参数，并在Λc+→Σ0π+和Λc+→Σ+π0的强相角等参数取得了国际最精确结果。研究还对粲重子弱衰变的电荷共轭-宇称（CP）对称性进行了检验，未发现CP破坏效应的迹象。研究结果对理解重子的产生机制、内部结构、重子自旋组成尤有价值，同时展示了利用横向极化研究粲重子产生、衰变和CP破坏的潜力。

本项工作得到了郑阳恒教授牵头的国家自然科学基金创新研究群体项目的大力支持。依托该创新群体平台，国科大粒子物理团队近年来在强子物理、CP 破坏、暗物质等方向产出了一系列重要研究成果，已成长为一支具备重要国际影响力、向着国际一流目标稳步迈进的粒子物理研究团队。与此同时，本工作也获得了科技部重点研发计划、中国科学院及中国科学院大学相关科研项目的资助。