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『博科园』衰变为两个光子！，高精度的测量：夸克和反夸克组成的π介子

一个国际研究团队已经改进了普里马科夫类型的实验 ， 以提高π介子测量的准确性 ， 其发表在《科学》期刊上 ， 概述了研究目标 ， 进行的实验 ， 目的是在测量一个π介子衰变为两个光子时达到更高的精度 。 美因茨大学HarveyMeyer也在《科学》期刊上提供了量子色动力学理论历史的时间表 ， 并概述了研究人员在这一新努力中所做的研究工作 。
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理论认为π介子 ， 通常被称为介子 ， 是由一个夸克和一个反夸克组成的强子（这就是为什么它们有时也被称为中性介子)） 。 理论还表明 ， 衰变成对光子 ， 而且衰变速度非常快 ， 因为它们是不稳定的（大约80阿秒） 。 与大多数理论一样 ， 科学家们愿意进行实验 ， 证明这些理论是正确的 ， 至少在一定程度上是正确的 。 以前测试介子衰变为光子的努力 ， 通常遵循三种方法中的一种 ， 直接方法或对撞机方法或Primakoff方法 。
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在这项新研究中 ， 研究人员使用了Primakoff方法 ， 但增加了改进以提高其准确性 。 该团队的工作涉及一个名为PrimeX-II的实验装置 ， 它具有一个带标签的光子束设施 ， 带有一个独特的热量计(对Primakoff方法中使用的传统热量计进行了改进) ， 一个束晕阻断器和一把竖琴 。 标记的光子被引入磁铁 ， 使带电粒子偏转 。 从那里 ， 衰变的光子通过真空室和氦气袋 ， 在那里它们被否决权计数器和HyCal量热计探测和计数 。
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该研究小组还增加了标记光子的可接受能量间隔 ， 而不是通常在Primakoff方法中使用的能量间隔 ， 以进一步提高准确性 。 在运行实验的过程中 ， 研究人员实现了2.8%的总不确定度 ， 是之前研究努力的一半 。 它与最初由量子色动力学理论所作的预测也是一致 ， 但与其他理论相比就不那么一致了 。 π介子 ， 也被称为介子 ， 由一个夸克和一个反夸克组成 ， 极不稳定 。
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量子色动力学(QCD) ， 夸克和胶子理论 ， 使用手征对称性破缺的机制（所谓的手征反常）预测了这种衰变和相关的寿命 。 然后 ， 将寿命测量到高精度 ， 为旨在改进这一原始预测的理论提供了一个基准 ， 测量这个寿命的不确定度 ， 是之前最精确结果的一半 。 实测值与原量子色动力学预测值基本一致 ， 与其他理论方法的一致性较差 。 量子涨落对轴对称性的明显破坏 ， 导致了所谓的轴反常 。 这一现象是中性π介子π0衰变为双光子(γγ)的唯一原因 ， 导致其寿命异常短 。
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【『博科园』衰变为两个光子！，高精度的测量：夸克和反夸克组成的π介子】研究精确测量了衰变宽度Γ的π0→γγ过程 ， 在碳-12和硅-28两个靶上测量了前角π0产生的微分截面 ， 得到Γ(π0→γγ=7.798±0.056(STAT.)±0.109(SYST.) 。 EV哪里有数据 ， 表示统计的不确定性和系统性 。 研究将此实验结果与之前的实验结果相结合 ， 得出加权平均值Γ(π(0→γγ)=7.802±0.052(统计)±0.105(系统) 。 最终结果的总不确定度为1.50% ， 证实了基于量子色动力学手征反常的预测 。
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博科园｜CopyrightScienceXNetwork/BobYirka/Phys
研究发表期刊《科学》
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