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LHCb团队在电荷宇称对称性破缺和电弱玻色子性质研究中取得新进展

作者：谢跃红时间：2023-10-24 点击数：

我校粒子物理实验团队参加欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机上的LHCb实验，近期在电荷宇称（CP）对称性破缺和电弱玻色子性质领域取得了一系列重要进展，多篇论文发表在《物理评论快报》、《高能物理杂志》和《中国物理C》等期刊。

CP对称性破缺的研究对理解正物质宇宙的形成至关重要，是粒子物理的最前沿领域之一。华师团队和CERN、爱丁堡大学、中国科学院大学、北京大学等单位的研究者合作，分析了LHCb实验在第二运行期（2015-2018年）采集的数据，精确测量了底介子的两类衰变过程的CP对称性破缺参数。一方面，以探索b→s圈图衰变中的新粒子贡献为目标研究B_s^0→ϕϕ过程，显著提升了CP破缺相位角ϕ_s^(ss ̅s)的测量精度（图1），《欧洲核子研究中心信报》（CERN Courier）杂志曾在2023年的5-6期对该成果进行了介绍。正式论文于2023年10月23日在线发表在国际权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters），谢跃红教授指导的博士研究生李可陈完成了主要数据分析工作并撰写和提交了论文。另一方面，以探索B_s^0介子混合中的新物理效应为目标研究B_s^0→J/ψϕ衰变，更新了CP破缺相位角ϕ_s^(cc ̅s)的测量结果，继续保持该参数的世界最高精度，相关论文已投稿《物理评论快报》。以上高精度测量结果与粒子物理标准模型的理论预期符合，对标准模型的扩展作出了严格限制。

谢跃红教授长期专注于CP对称性破缺的研究，在B_s^0→J/ψϕ和B_s^0→ϕϕ等关键课题研究中发挥了重要领导作用，先后担任LHCb实验相关物理工作组召集人、LHCb国际合作组文章编辑委员会（Editorial Board）成员等职务，并应邀于2023年7月17-21日在澳大利亚墨尔本举行的第31届“国际高能物理轻子、光子学术会议”上作了题为“重味粒子衰变中的CP对称性破缺”（CP violation in heavy-flavour decays）的主旨报告。该系列会议每两年举行一次，是当年度高能物理领域最重要的国际学术盛会。

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图 1. LHCb实验对ϕ^(ss ̅s)测量结果的演变，标记Run2的结果为此次基于二期运行数据得到的结果，标记Run1+Run2的为基于一期与二期数据得到的平均结果。

2022年引进的周晓康副教授在LHCb实验主导完成一项研究，发现了B^0→D ̅^(*)0 ϕ衰变过程存在的证据（图2），并更新了B_s^0→D ̅^(*)0 ϕ过程的衰变分支比，这些衰变过程能为测量CKM相角γ提供新的途径，有助于进一步检验标准模型的CP对称性破缺机制。相关论文已被《高能物理杂志》（Journal of High Energy Physics）正式接收，即将发表。周晓康于2023年9月18-22日在西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉举行的第12届“国际CKM夸克混合机制研讨会”上报告了与γ相角测量相关的研究结果。

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图 2. D^(*)0 ϕ不变质量谱，可见清晰的B^0→D ̅^(*)0 ϕ和B_s^0→D ̅^(*)0 ϕ信号。

在重点研究CP对称性破缺的同时，华师LHCb团队在电弱物理方向也做出了很有特色的工作，2022年3月曾在《物理评论快报》发表了前向区域Z→μ^+ μ^-过程的首个角度分析结果（见华大在线2022年8月W30日报道），尹航教授目前担任LHCb实验的电弱物理工作组召集人。近期尹航教授指导博士研究生韩群东完成了一项W^±和Z玻色子稀有衰变的研究，取得了W^±→D_s^± γ衰变分支比的最严格上限，并首次完成了味改变中性流过程Z→D^0 γ的实验寻找。该结果发表在《中国物理C》杂志（Chinese Physics C）。此外，本科生王禹昊在尹航教授和张冬亮副教授指导下主导完成的Z玻色子在5.02 TeV对撞能量下的产生截面测量也已经投稿《高能物理杂志》。这将是LHCb国际合作实验自开始以来屈指可数的由本科生主导完成的科学论文之一。

华师LHCb团队的工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”专项、确认已满十八点击立即进入科技领军人才团队项目和桂子学者计划等项目的支持。

华师理科楼

LHCb团队在电荷宇称对称性破缺和电弱玻色子性质研究中取得新进展