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不同實(shí)驗(yàn)在2.2-3.7 GeV能區(qū)的R值?！≈锌圃焊吣芩﹫D

中新網(wǎng)北京2月15日電 (記者孫自法)記者15日從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)獲悉，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(BEPCII)核心組成部分、本身也是一項(xiàng)大科學(xué)裝置的北京譜儀III(BESIII)通過(guò)最新實(shí)驗(yàn)，已完成粒子物理學(xué)中最重要物理量之一的R值高精度測(cè)量。

R值是正負(fù)電子湮沒(méi)產(chǎn)生強(qiáng)子與一對(duì)正負(fù)繆子的領(lǐng)頭階截面的比值，精確的R值數(shù)據(jù)對(duì)繆子反常磁矩的理論計(jì)算具有重要意義。R值測(cè)量是北京譜儀III實(shí)驗(yàn)最重要的研究工作之一，上一代北京譜儀II(BESII)對(duì)R值做過(guò)測(cè)量，把當(dāng)時(shí)的精度提高了一倍左右，此次R值測(cè)量，再次把精度提高了一倍左右，為粒子物理研究提供了精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

中科院高能所介紹說(shuō)，最新的繆子反常磁矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值和理論計(jì)算值的差別達(dá)到約4.2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差，暗示著新物理的存在，因而成為當(dāng)前粒子物理的熱點(diǎn)話題。美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度，對(duì)理論計(jì)算提出了挑戰(zhàn)。而繆子反常磁矩理論計(jì)算值的最主要誤差來(lái)自于領(lǐng)頭階強(qiáng)子真空極化項(xiàng)的貢獻(xiàn)，其計(jì)算采用色散積分方法需要R值作為輸入?yún)?shù)。

由于微擾量子色動(dòng)力學(xué)在低能區(qū)(小于5GeV，1GeV=10億電子伏特)的不適用性，實(shí)驗(yàn)測(cè)量是獲取高精度R值的唯一途徑。因此，北京譜儀III最新完成的R值高精度測(cè)量對(duì)繆子反常磁矩理論預(yù)言具有重要意義。此外，高精度的R值對(duì)跑動(dòng)電動(dòng)力學(xué)耦合常數(shù)的理論計(jì)算亦是不可缺少的輸入?yún)?shù)，是精確檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型的另一個(gè)重要途徑。

在這次實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，北京譜儀III實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)先后解決了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積分亮度的精確測(cè)量、強(qiáng)子事例的高效篩選、正負(fù)電子初態(tài)輻射修正的模擬和精確計(jì)算等一系列關(guān)鍵問(wèn)題，在充分完善現(xiàn)有單舉強(qiáng)子事例模擬模型的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新提出并實(shí)現(xiàn)充分利用已知遍舉過(guò)程的強(qiáng)子事例混合產(chǎn)生器。經(jīng)過(guò)多輪迭代和完善，這兩種強(qiáng)子模型均能重現(xiàn)正負(fù)電子湮沒(méi)產(chǎn)生強(qiáng)子的復(fù)雜物理過(guò)程，且與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好。

北京譜儀III實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)利用能區(qū)在22.3億-36.7億電子伏特正負(fù)電子對(duì)撞數(shù)據(jù)，以優(yōu)于3%的精度測(cè)量了R值。這一粒子物理領(lǐng)域重要實(shí)驗(yàn)研究成果論文，近日已在國(guó)際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)在線發(fā)表。(完)