BESIII實驗完成高(gāo)精度正負電(diàn)子湮沒中的R值測量

          北京譜儀BESIII合作(zuò)組利用連續能區(qū)2.23-3.67 GeV正負電(diàn)子對撞數(shù)據，以優于3%的精度測量了R值。2月10日，該研究成果在線發表在《物理(lǐ)評論快報》（Physical Review Letters）上(shàng)。

R值是正負電(diàn)子湮沒産生(shēng)強子與一對正負缪子的領頭階截面的比值，是粒子物理(lǐ)學中重要的物理(lǐ)量之一。精确的R值數(shù)據對缪子反常磁矩的理(lǐ)論計(jì)算(suàn)具有(yǒu)重要意義。最新的缪子反常磁矩的實驗測量值和(hé)理(lǐ)論計(jì)算(suàn)值的差别約4.2倍标準偏差，暗示着新物理(lǐ)的存在，因而成為(wèi)當前粒子物理(lǐ)的熱點話(huà)題。美國費米實驗室計(jì)劃進一步提高(gāo)實驗測量精度，對理(lǐ)論計(jì)算(suàn)提出了挑戰。而理(lǐ)論計(jì)算(suàn)值的最主要誤差來(lái)自于領頭階強子真空(kōng)極化項的貢獻，其計(jì)算(suàn)采用色散積分方法需要R值作(zuò)為(wèi)輸入參數(shù)。由于微擾量子色動力學在低(dī)能區(qū)（< 5 GeV）的不适用性，實驗測量是獲取高(gāo)精度R值的唯一途徑。因此，BESIII的R值測量對缪子反常磁矩理(lǐ)論預言具有(yǒu)重要意義。此外，高(gāo)精度的R值對跑動電(diàn)動力學耦合常數(shù)的理(lǐ)論計(jì)算(suàn)亦是不可(kě)缺少(shǎo)的輸入參數(shù)，是精确檢驗标準模型的另一個(gè)重要途徑。

BESIII實驗團隊先後解決了實驗數(shù)據積分亮度的精确測量、強子事例的高(gāo)效篩選、殘餘QED本底事例和(hé)束流相關本底事例的估計(jì)、正負電(diàn)子初态輻射修正的模拟和(hé)精确計(jì)算(suàn)以及單舉強子事例的模拟和(hé)相應探測效率的估計(jì)等關鍵問題。為(wèi)可(kě)靠地估計(jì)R值的主要系統誤差，BESIII實驗團隊在完善現有(yǒu)單舉強子事例模拟模型的基礎上(shàng)，創造性地提出并實現了充分利用已知遍舉過程的強子事例混合産生(shēng)器(qì)。經過多(duō)輪叠代和(hé)完善，這兩種強子模型均能重現正負電(diàn)子湮沒産生(shēng)強子的複雜物理(lǐ)過程，且與實驗數(shù)據符合較好。因此，R值測量的精度最終在3.1 GeV以下好于2.6%、在3.1 GeV以上(shàng)好于3.0%.。

R值測量是BESIII實驗重要的研究工作(zuò)。上(shàng)一代北京譜儀BESII完成R值測量，把當時(shí)的精度提高(gāo)了一倍左右；此次BESIII的R值測量，把精度再次提高(gāo)了一倍左右，為(wèi)粒子物理(lǐ)提供了精确的基礎數(shù)據。

研究工作(zuò)得(de)到科技(jì)部、國家(jiā)自然科學基金委員會(huì)、中國科學院、教育部等的支持。