中国科大近代物理系杨思奇、韩良,在费米实验室D0实验中,完成轻夸克相关弱混合角的世界最精确测量,研究结果发表在Phys. Rev. Lett. 115, 041801(2015)上。
自然界存在电磁、强、弱、引力四种基本相互作用。混合角是表征弱作用暨空间反演宇称破缺相对强度的基本物理参数,其数值必须通过以Z0玻色子为媒介的弱中性流宇称破缺实验测定。弱混合角最精确的两个实验观测来自于1980年代e+e-对撞机Z0质量峰实验,即欧洲核子中心LEP实验的重味b-quark末态不对称测量0.23221±0.00029,以及美国SLD实验初态正负电子极化测量0.23098±0.00026。LEP与SLD对同一基本物理常数测量存在3.2σ偏离,大大超出了理论与实验预期,这是粒子物理标准模型电弱检验的一个长期悬而未决的疑问。
科大D0组2007年提出利用Tevatron质子-反质子对撞机上e+e-电子末态电荷分布前后不对称性测量弱混合角,并在D0合作组内负责这一项目。经过长期努力,验证了实验方法的可行性[Phys. Rev. Lett. 101, 191801(2008)],克服了加速器亮度升级带来的系统误差[Phys. Rev. D 84, 012007(2011)]。最终,通过发展一种全新的电子能标刻度方法,有效降低了实验系统误差,并提高探测器的几何接受度,获得最新有效弱混合角。
这一结果是迄今为止轻夸克相关有效弱混合角最为精确的实验测量,其精度达到LEP与SLD水平,为理解困扰标准模型的观测偏离、检验电弱机制完备性提供了重要实验依据。费米实验室“Fermilab Today”每周科学前沿Frontier Science Results专栏,以Measuring the “direction” of the Standard Model为题,对这一工作进行了报道:http://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2014/today14-05-01.html