新闻网讯（通讯员物轩）近日，北京谱仪III国际合作组（简称BESIII合作组）在《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表了关于粲介子半轻衰变的研究结果，论文题目为“First Observation of D0(+)→¯Kωe+νeand Determination of the Branching Fraction of ¯K1(1270) → ¯Kω”。按照高能物理学界的惯例，该论文由BESIII合作组全体成员依作者姓氏英文字母顺序共同署名。武汉大学物理科学与技术学院高能物理实验团队主导了此项工作，2023级直博生刘雪吟在孙亮教授指导下发挥了核心作用。论文的主要贡献者还包括郑州大学副教授姜候兵。
理解强子的内部结构是现代粒子物理学的核心挑战之一。描述强相互作用的量子色动力学（QCD）在低能区由于耦合常数变大而无法进行微扰计算，因此需要依赖手征微扰论和格点QCD等非微扰工具。粲介子的半轻衰变过程中弱相互作用与强相互作用相互分离，此类过程为探索这些强相互作用动力学提供了理想的实验平台。轴矢量奇异介子¯K1(1270)在理论和实验研究中一直备受关注。其衰变到¯Kππ的过程涉及¯K*π和¯Kρ等多个中间道之间的干涉，使得其性质的提取变得复杂。相比之下，¯Kω衰变模式（ω介子宽度很窄、几乎没有来自其他奇异共振态的贡献）提供了更干净的环境，可排除多道干涉效应的干扰。此外，理论预言¯K1(1270)具有双极点结构：低质量极点主要耦合到¯K*π道，而高质量极点则主要耦合到¯Kρ道。由于相空间限制且ω介子宽度较窄，低质量极点（理论预言约1195MeV/c2）几乎不可能耦合到¯Kω道。因此，该衰变道是分离高质量极点并检验双极点假说的理想探针。
本工作基于BESIII实验在3.773 GeV质心能量采集的积分亮度为20.3 fb-1的正负电子对撞数据，首次观测到了D0→K-ωe+νe和D+→KS0ωe+νe衰变过程并测量其分支比。结合此前BESIII合作组对D0(+)→K-π+π-(0)e+νe的测量结果并假设这些衰变完全通过¯K1(1270)共振态介导，基于同位旋守恒，得到联合分支比为B(¯K1(1270) → ¯Kω) = (8.4±1.4±0.5)%，此为来自对撞机实验迄今最精确的结果（见图1）。尤为重要的是，本工作首次通过单一矢量-赝标量衰变道并创新性地直接采用模拟信号线形的方法测量了¯K1(1270)介子的质量。该新颖方法得到了PRL审稿人的高度评价，认为其有望设立新的标准（“…, this analysis goes beyond common practice, hopefully setting a new standard in this regard.”）。基于¯Kω道的¯K1(1270)质量测量值为(1336±9±2) MeV/c2（见图2），该值显著高于来自¯K1(1270)→¯Kππ衰变的¯K1(1270)介子质量(1271±3±7) MeV/c2，为¯K1(1270)介子的双极点结构提供了独特的实验证据。本工作有望推动对¯K1(1270)相关衰变（如B →Kωγ和B →Kωℓ+ℓ-）的研究，并为完善¯K1(1270)介子的理论描述提供重要输入。
图1 本工作测量的¯K1(1270) → ¯Kω分支比与此前其他实验测量值以及理论预言值的比较
图2 本工作得到的¯K1(1270)质量谱，红色实线和虚线分别为输入¯K1(1270)质量1336MeV/c2和1272MeV/c2的信号蒙特卡洛模拟样本，蓝色实线和黄色直方图代表本底，带误差棒的黑色点为真实数据
本工作得到海外高层次人才计划和国家自然科学基金重大项目的支持。
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/xn4s-xxs8
