北京谱仪III上粲重子Λc+遍举半轻衰变的实验研究

Study of the hadron semileptonic decay is of great importance in the flavor changing physics due to their ability to provide useful information on the quark structure of the hadrons and reveal the nature of the weak interactions, which is an important topic for both theoretical and experimental particle physics. However, compared to the case of charm mesons, relative limited theoretical studies were performed for charm baryons semileptonic decays due to the difficulty in describing its decay mechanism theoretically. To solve this problem, the experimental information for charm baryons semileptonic decays is urgently needed. Based on 560 pb-1 data collected with the BESIII detector at the BEPCII collider, we plan to study the Λc+ semileptonic decays with the double tag method. We will measure the branching fractions for Λc+→Λl+νl (where l=e, μ) and study the form factors dependence f(q2). Such study can not only provide important experimental information for the test of the theoretical predictions of the branching fractions and the calibration of Lattice QCD (LQCD) calculations, but also provide an additional source, which is complementary to the case of the charm meson weak transitions, for the determination of the CKM elements and show some hints for new physics beyond the standard model. The study will play an important role in understanding the decay mechnism of charm baryon Λc+ semileptonic decay.

开展强子的半轻衰变研究是粒子物理学家获取强子内部结构信息、认识弱作用规律的重要手段，是粒子物理理论研究和实验研究的重要物理课题。粲重子的半轻衰变作为其中一个重要分支，由于其衰变机制比较复杂，当前的理论研究内容还相对有限，亟待高质量的实验数据为这些理论研究提供证据。在本项目研究中，我们将首次利用双标记的研究方法研究粲重子Λc+的遍举半轻衰变过程。我们将重点测定Λc+→Λl+νl (其中l=e，μ) 的衰变分支比并研究形状因子随四动量转移平方的依赖关系。本项目的研究不仅能够检验当前理论对其衰变分支比的计算结果、为发展格点QCD理论提供重要的实验数据，还能为测定CKM矩阵元、寻找超出标准模型的新物理提供重要的实验信息。本项目的研究结果对理解粲重子Λc+的半轻衰变特性有非常重要的科学意义。

在本项目开展研究工作之前，国际上有多达13种不同的理论模型计算了Lc+->Le(mu)+ve(mu)的衰变分支比。但由于输入Lc+粒子的波函数和衰变形状因子的差异，不同的理论模型对该过程衰变分支比的计算结果差异较大（从1.4%至9.2%），亟需实验数据对这些理论计算进行检验和甄别。此外，实验上也尚未对Lc+粒子衰变到末态含中子的过程进行研究，此类研究对检验Lc+衰变中的SU(3)对称性具有重要的科学意义。根据此研究现状，本项目主要开展了以下工作：.1，在国际上首次测定了Lc+->Le+ve和Lc+->Lmu+vmu的衰变分支比，并测定Br[Lc+->Le+ve]=(3.63+/-0.38+-0.20)%和Br[Lc+->Lmu+vmu]=(3.49+/-0.46+-0.27)%。这两项研究成果分别发表在理论物理顶级期刊Physical Review Letters(PRL) 和Physics Letters B(PLB)上。本项目的研究成果对检验当前理论计算结果和发展格点QCD理论提供了重要的实验数据。.2，在国际上首次寻找并测定了Lc+最重要的含中子衰变过程Lc+->nKs0pi+。此外，本项目还首次寻找并测定了Lc+->Sigma-pi+pi+pi0的衰变分支比并提高了Lc+->Sigma-pi+pi+的实验测量精度。本项目测定，Br[Lc+->nKs0pi+]=(1.82+/-0.23+/-0.11)%，Br[Lc+->Sigma-pi+pi+pi0]=(2.11+/-0.33+/-0.14)%和Br[Lc+->Sigma-pi+pi+]= (1.81+/-0.17+/-0.19)%。这两项研究成果分别发表在理论物理顶级期刊PRL 和PLB上。.3，此外，本项目还进一步寻找了Lc+其它可能的半轻衰变过程，如Lc+->pK-e+ve, Sigmapie+ve等。但是由于实验数据统计量的限制，目前还不能从实验数据中证实这些半轻衰变过程。如果BESIII将来采集更多Lc+数据，项目负责人将继续寻找这些半轻过程，为进一步理解Lc+粒子的半轻衰变机制提供重要的实验数据。.综上所述，本项目首次直接测定了粲重子Lc+最重要的两个半轻衰变过程，并在国际上首次寻找并研究了Lc+衰变到末态含中子的过程。在本项目资助下，共有六篇研究成果发表，完成了项目的预期研究目标。