高精度的測(cè)量夸克和反夸克組成的π介子，衰變?yōu)閮蓚€(gè)光子！

【手機(jī)軟件：博科園】一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)改進(jìn)了普里馬科夫類型的實(shí)驗(yàn)，以提高π介子測(cè)量的準(zhǔn)確性，其發(fā)表在《科學(xué)》期刊上，概述了研究目標(biāo)，進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，目的是在測(cè)量一個(gè)π介子衰變?yōu)閮蓚€(gè)光子時(shí)達(dá)到更高的精度。美因茨大學(xué)Harvey Meyer也在《科學(xué)》期刊上提供了量子色動(dòng)力學(xué)理論歷史的時(shí)間表，并概述了研究人員在這一新努力中所做的研究工作。

理論認(rèn)為π介子，通常被稱為介子，是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的強(qiáng)子（這就是為什么它們有時(shí)也被稱為中性介子)）。理論還表明，衰變成對(duì)光子，而且衰變速度非?？?，因?yàn)樗鼈兪遣环€(wěn)定的（大約80阿秒）。與大多數(shù)理論一樣，科學(xué)家們?cè)敢膺M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明這些理論是正確的，至少在一定程度上是正確的。以前測(cè)試介子衰變?yōu)楣庾拥呐?，通常遵循三種方法中的一種，直接方法或?qū)ψ矙C(jī)方法或Primakoff方法。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員使用了Primakoff方法，但增加了改進(jìn)以提高其準(zhǔn)確性。該團(tuán)隊(duì)的工作涉及一個(gè)名為PrimeX-II的實(shí)驗(yàn)裝置，它具有一個(gè)帶標(biāo)簽的光子束設(shè)施，帶有一個(gè)獨(dú)特的熱量計(jì)(對(duì)Primakoff方法中使用的傳統(tǒng)熱量計(jì)進(jìn)行了改進(jìn))，一個(gè)束暈阻斷器和一把豎琴。標(biāo)記的光子被引入磁鐵，使帶電粒子偏轉(zhuǎn)。從那里，衰變的光子通過真空室和氦氣袋，在那里它們被否決權(quán)計(jì)數(shù)器和HyCal量熱計(jì)探測(cè)和計(jì)數(shù)。

該研究小組還增加了標(biāo)記光子的可接受能量間隔，而不是通常在Primakoff方法中使用的能量間隔，以進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性。在運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，研究人員實(shí)現(xiàn)了2.8%的總不確定度，是之前研究努力的一半。它與最初由量子色動(dòng)力學(xué)理論所作的預(yù)測(cè)也是一致，但與其他理論相比就不那么一致了。π介子，也被稱為介子，由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成，極不穩(wěn)定。

量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)，夸克和膠子理論，使用手征對(duì)稱性破缺的機(jī)制（所謂的手征反常）預(yù)測(cè)了這種衰變和相關(guān)的壽命。然后，將壽命測(cè)量到高精度，為旨在改進(jìn)這一原始預(yù)測(cè)的理論提供了一個(gè)基準(zhǔn)，測(cè)量這個(gè)壽命的不確定度，是之前最精確結(jié)果的一半。實(shí)測(cè)值與原量子色動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)值基本一致，與其他理論方法的一致性較差。量子漲落對(duì)軸對(duì)稱性的明顯破壞，導(dǎo)致了所謂的軸反常。這一現(xiàn)象是中性π介子π0衰變?yōu)殡p光子(γγ)的唯一原因，導(dǎo)致其壽命異常短。

研究精確測(cè)量了衰變寬度Γ的π0→γγ過程，在碳-12和硅-28兩個(gè)靶上測(cè)量了前角π0產(chǎn)生的微分截面，得到Γ(π0→γγ=7.798±0.056(STAT.)±0.109(SYST.)。EV哪里有數(shù)據(jù)，表示統(tǒng)計(jì)的不確定性和系統(tǒng)性。研究將此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，得出加權(quán)平均值Γ(π(0→γγ)=7.802±0.052(統(tǒng)計(jì))±0.105(系統(tǒng))。最終結(jié)果的總不確定度為1.50%，證實(shí)了基于量子色動(dòng)力學(xué)手征反常的預(yù)測(cè)。

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