超子对衰变中的重子数破坏及CP破坏研究

One of the open questions in cosmology is the matter-antimatter asymmetry in the observable universe. This asymmetry may generate by several conditions, include the baryon number violation and CP violation. Therefore, whether we can observe these violations in particle level is an important topic. Using the large statistical J/psi events collected with BESIII detector, we will measure the hyperon oscillation for the first time in the hyperon anti-hyperon decays, such as J/psi -> Lambda anti-Lambda decay, to find the evidence of baryon number violation. We will also observe CP asymmetry with these decays and improve the upper bound for electric dipole moment. These experimental results will be important to understand the matter-antimatter asymmetry and will provide useful information for the searching of new physics.

可观测宇宙中正反物质不对称的现象是关系宇宙演化的一个重要的问题。造成这一不对称性的原因可能来自包括重子数破坏和CP破坏在内的多种因素。因此，能否在实验上寻找到此类对称性破坏现象在微观粒子层次上的表现是粒子物理研究中的重要课题。利用BESIII实验积累的大统计量J/psi事例样本，我们将通过J/psi -> Lambda anti-Lambda等正反超子对衰变过程对超子震荡现象进行首次测量，以寻找重子数破坏的实验证据。同时我们也将观测相关过程中的CP非对称性，并对超子的电偶极矩值做出更严格的限定。测量结果将为解释物质的不对称性及寻找新物理机制提供重要信息。

本课题旨在利用BESIII探测器采集的大统计量J/psi数据样本，在其衰变至正反超子的各个过程中对重子数对称性和CP对称性进行精确测量，寻找超出标准模型的新物理存在的实验证据，为解释宇宙演化过程中的正反物质不对称现象提供参考。在项目执行期内我们先后利用J/psi->Lambda anti-Lambda衰变过程，分别测量了Lambda anti-Lambda发生振荡的可能性，及该衰变过程中是否存在CP破坏现象。其中，前者的测量工作已完成并提交合作组审议，目前根据建议正在利用新采集的更大统计量的数据样本更新结果；后者的测量我们分别利用两种不同方法进行，其中，基于粒子动量信息的测量工作已多次在合作组年会上报告进展，很快将进入合作组内部审议；基于衰变参数的测量结果已于2019年发表在Nature Physics上，在该测量中我们首次发现了在正负电子对撞实验中的Lambda超子存在显著的横向极化现象，极化度达到25%，这使得我们首次在同一实验中以1.3%的精度分别测得Lambda与anti-Lambda超子衰变的衰变参数为0.750+/-0.010和-0.758+/-0.012。我们的测量结果在发表后迅速被粒子数据组织收录并成为目前唯一的参考结果。这意味着过去40多年里，Lambda超子的衰变参数在使用中被低估了17%，以该测量结果为输入，将有大批其它超子和粲重子衰变参数的世界平均值在未来被刷新。同时，基于该测量结果，我们在3%的灵敏度下确认了该超子衰变中不存在CP破坏现象。该工作中我们的测量方法也成为新的实验手段，拓展了正负电子对撞实验中对超子极化物理和重子衰变中CP破坏的研究，在BESIII合作组内部开启了一个新的热点研究方向。