近日，北京谱仪III(BESIII)实验在超子激发态的电磁辐射衰变研究中取得重要突破：首次观测到两个激发态粒子Λ(1520)和Λ(1690)衰变为一个光子(γ)和一个Σ⁰超子的过程。该成果已于2026年4月8日发表于《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 136， 141801 (2026))。
Λ超子是含有一个奇异夸克的重子，其激发态Λ(1520)和Λ(1690)的内部结构与衰变机制，是探索强相互作用和理解夸克禁闭的关键窗口。电磁辐射衰变(即发射一个光子)犹如对粒子进行一次“电磁CT扫描”，是直接探测其内部结构的独特探针。然而，由于此类信号极其微弱稀有，实验观测难度极高，导致Λ(1520) → γΣ⁰的衰变数据长期缺失，而Λ(1690)超子的同类衰变更是从未被发现。
BESIII实验基于其采集的约100亿J/ψ事例的巨大样本，并利用量子关联的正反超子对末态优势，在γΣ⁰的不变质量谱中，首次清晰地观测到了来自Λ(1520)和Λ(1690)的信号。两个信号的统计显著性均超15倍标准偏差，这标志着Λ(1520)与Λ(1690)粒子的辐射衰变道首次被实验发现。
BESIII实验进一步测量了Λ(1520)衰变到γΛ与衰变到γΣ⁰的分支比比值，结果为3.19。该值与基于夸克味SU(3)对称性的理论预期在误差范围内相符，但排除了如相对论性组分夸克模型和代数模型等其他理论预言。更为引人注目的是Λ(1690)粒子与Λ(1520)粒子有不同的反常行为：虽然Λ(1690)衰变到γΣ⁰的信号清晰可见，但对应的Λ(1690) → γΛ衰变却未被观测到，其上限不足γΣ⁰衰变分支比的8%。这两个相似激发态在辐射衰变模式上表现出的显著差异，为理解激发态超子的内部结构提出了全新谜题，也对现有描述轻夸克动力学的理论模型构成了直接挑战。
图 1、γΣ⁰的不变质量分布及拟合结果。
该研究由中国科学院高能物理研究所实验物理中心博士后郑文静在房双世研究员指导下完成，北京谱仪III探测器维护和离线软件团队、北京正负电子对撞机的加速器运行维护团队和高能物理研究所计算中心为数据采集和分析做出了重要贡献，并得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金等资助。
