LHCb上重子衰变CP破坏的研究

CP violation is a necessary condition to explain the matter-antimatter imbalance of the Universe. Understanding its origin and dynamics is a key problem in physics. CP violation has been discovered in the K and B systems, but not yet in the baryon sector. CKM mechanism is the only origin of CP violation in the Standard Model, but the CP violation from this origin is insufficient to explain the observed matter-antimatter imbalance. Study of baryon decays is an important way to look of new origin of CP violation beyond CKM. The LHCb experiment at the Large Hadron Collider collects a big amount of data of baryon decays, providing a great opportunity to study CP violation in baryon decays. This program will be based on the LHCb data collected during 2015-2017 and includes two parts: study of b-baryon decays to look for CP violation in decays that are expected to have sizable CP violation effect in the Standard Model; study of c-baryon and hyperon decays to test the Standard Model and look for new sources of CP violation. This will be the first systematic study of CP violation in baryon decays at LHCb, and will significantly improve precision of the major measurements compared with the previous studies of CP violation in the baryon sector.

电荷宇称对称性破缺（CP破坏）是解释宇宙正反物质不平衡的必要条件。理解CP破坏的根源和动力学机制是物理学的关键问题之一。现有实验发现了K和B介子系统的CP破坏，但重子领域的CP破坏亟待证实。标准模型的CKM夸克混合机制提供了CP破坏的一个来源，但提供的CP破坏远不足以解释正反物质不对称问题。研究重子衰变是寻找CP破坏新来源的重要方式。大型强子对撞机上的LHCb实验提供大量的重子衰变数据，为开展深入的重子CP破坏研究提供了良好机会。本项目基于2015-2017年期间的LHCb实验数据，开展两方面的探索：研究含底夸克重子的衰变，寻找标准模型所预言的重子CP破坏；研究含粲夸克重子和含奇异夸克重子的衰变，检验标准模型和寻找CKM以外的CP破坏新来源。这将是LHCb上对重子CP破坏的首次系统研究。预期能把主要重子CP破坏的测量精度比现有实验显著提高。

研究重子衰变CP破坏对检验标准模型和理解宇宙正反物质不平衡具有重要意义，是粒子物理的重要前沿课题。大型强子对撞机LHCb实验提供的大量重子衰变数据为此提供了良好机会。我们利用LHCb探测器于2011-2018年采集的质子质子碰撞数据开展了实验研究，一方面探测重子衰变中的CP破坏，同时研究重子性质与结构，为理解重子衰变CP破坏的产生机制提供必要条件。..我们开展了底重子衰变CP破坏效应的寻找，重点研究了无粲衰变Lambdab→KS p pi-和 Lambdab→Lambda h+ h- (h=K, pi)，针对这类纯强子末态的过程发展了完整的数据分析方法，并在Bs→phi phi衰变的研究中验证了这些方法。研究表明，基于当前数据对Lambdab→KS p pi-衰变的CP破坏的测量精度可以达到2%水平。我们对粲重子衰变的CP破坏也进行了探索，在LHCb实验中首次提出并开展了关于Lambdac+→Lambda0 h+ (h=pi,K)衰变CP破坏的研究课题。预期一年内将获得多个新的实验结果。通过以上工作在LHCb实验建立了寻找重子衰变CP破坏的多个有效途径，为探测器升级后未来开展精确的重子衰变CP破坏研究奠定了基础。..在重子性质研究方面，我们发现了B0→J/psi p pbar和Bs0→J/psi p pbar衰变并测量了它们的分支比，结果表明Bs0→J/psi p pbar衰变中可能有很大的中间共振态贡献，可以用于寻找五夸克态和胶子球，也可以用于研究B介子到重子末态衰变过程的CP破坏。首次测量了双粲重子Xicc++的寿命，结果为256+/-26+/-14飞秒，揭示了该粒子仅通过弱作用衰变的特性。还发现了一种新衰变模式Xicc++→Xic+ pi+，证实了之前的双粲重子的发现。这些结果有助于加深我们对双粲重子性质和结构的理解。 ..基于项目研究工作发表了论文4篇，作国际会议报告8次，毕业研究生2人，出站博士后2人，举办学术会议两次。