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我校粒子物理团队完成粲重子电磁结构的首次测量

粒子物理实验团队

       2023年11月9日《物理评论快报》(Physical Review Letters)正式在线发表了基于北京谱仪III实验(简称BESIII实验)开展的粲重子Λ_c⁺电磁结构的首次测量研究，为理解粲重子内部结构提供了关键信息。该成果由我校粒子物理实验团队联合中国科学技术大学和兰州大学等团队共同完成，我校博士研究生孙昊在吕晓睿教授和郑阳恒教授联合指导下做出主导性贡献。

       强子的电结构G_E和磁结构G_M是研究强子内部动力学的重要探针，有助于理解强相互作用的非微扰性质。此前，通过对质子、中子和超子对产生截面的精密测量，学界对重子的电磁结构有了更深入的理解，特别是在质子和中子的电磁结构因子以及质子电磁结构因子模的比值 |G_E/G_M| 的研究中观察到了震荡行为，引起了国际同行的广泛兴趣，但目前仍未明确其起源。对更多种类型的强子的电磁结构进行精确测量将有助于相关理论的发展，特别是含重味夸克的强子电磁结构尚未有实验研究。因此，对粲重子Λ_c⁺的电磁结构研究将有助于揭示重夸克在强子内部的行为，对理解强子内部结构有重要意义。

       团队分析了BESIII实验在46.1至49.5亿电子伏能量区间内的正负电子湮灭实验数据，对其中的粲重子Λ_c⁺对产生过程的截面和电磁结构进行了精确测量。研究结果否定了此前Belle实验报道的共振结构Y(4630)，并首次发现粲重子Λ_c⁺的 |G_E/G_M| 线型中的震荡行为，且震荡频率显著高于质子结果。该研究成果为强子产生机制和内部结构的相关理论提供重要的实验依据。

       北京正负电子对撞机上的BESIII实验利用分别加速到能量为10至25亿电子伏能量范围内的正反电子束流对撞开展粒子物理实验研究，取得了丰硕的成果。特别是本校粒子实验团队在2013年主导提出了阈值能量上的粲重子研究计划，并首次在阈值能量(46亿电子伏能量)上完成了多项粲重子Λ_c⁺衰变率的直接测量，成为北京正负电子对撞机建成30多年来的新亮点。基于这些突破性进展，本校团队主导推动了2020-2021年BESIII实验在46.1至49.5亿电子伏能量范围内的对撞实验。本次研究成果正是基于这一批新的实验数据完成的，特别是2020届国科大本科生孙昊的本科毕业论文《BESIII实验上阈值附近e⁺e^–→Λ_c⁺Λ_c^–研究》作为该研究工作的前期基础，获得了北京市2020年普通高校优秀本科毕业设计(论文)。

       本研究工作获得了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院以及中国科学院大学科研项目的大力支持。