[论文解读] Nonmesonic decay of the Lambda hyperon in nuclear matter - implications on the weak Lambda-N interaction

W. Cassing, L. Jarczyk+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2001

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 10

一句话总结

本研究在COSY-Jülich的质子-Au、Bi和U碰撞中测量了重超核中Λ超子的寿命，测得τΛ = 145 ± 11 ps。该值显著短于假设ΔI = 1/2规则的介子交换模型的预测，表明在非介子衰变中该规则可能被破坏，且在介质中ΔI = 3/2跃迁更占主导地位，尤其在重核中更为明显。

ABSTRACT

The lifetime of the Lambda hyperon in heavy hypernuclei as measured by the COSY-13 Collaboration in proton - Au, Bi and U collisions has been analysed to yield tau(Lambda) = (145 +- 11) ps. This value for tau(Lambda) is compatible with the lifetime extracted from antiproton annihilation on Bi and U targets, however, much more accurate. We find that the dependence of the lifetime tau(Lambda) on the mass of hypernuclei indicates a violation of the phenomenological Delta I = 1/2 rule known from the weak mesonic decays of strange particles. PACS: {13.30.-a}{Decays of baryons} {13.75.Ev}{Hyperon-nucleon interaction} {21.80}{Hypernuclei} {25.80.Pw}{Hyperon-induced reactions}

研究动机与目标

• 精确测量在Au、Bi和U靶上由质子诱导反应产生的重超核中Λ超子的寿命。
• 检验非介子ΛN衰变中现象学ΔI = 1/2规则在核物质中的有效性。
• 解决理论预测与实验数据在超核中Γn/Γp衰变速率比上的长期矛盾。
• 评估在致密核环境中，自由超子衰变中成立的ΔI = 1/2规则是否仍然有效。
• 确定基于介子交换和ΔI = 1/2规则的理论模型能否重现观测到的超核寿命。

提出的方法

• 利用COSY-Jülich加速器的反冲阴影法探测并重建质子诱导反应中形成的超核的衰变。
• 分析质子-Au、Bi和U碰撞的数据，提取在宽质量与电荷范围（A ≈ 40–238）内Λ超子的寿命。
• 综合多个实验结果，获得加权平均寿命τΛ = 145 ± 11 ps。
• 将测得的寿命与假设ΔI = 1/2规则的介子交换模型的理论预测进行比较。
• 评估测得的寿命与允许ΔI = 3/2跃迁的相空间模型预测的一致性。
• 利用观测到的寿命推断Γn/Γp比值，检验介质中ΔI = 1/2规则被破坏的假设。

实验结果

研究问题

• RQ1 在重超核中测得的Λ超子寿命是否与基于非介子ΛN衰变中ΔI = 1/2规则的理论预测相矛盾？
• RQ2 在奇异强子真空衰变中成立的ΔI = 1/2规则，在致密核物质中在多大程度上仍然有效？
• RQ3 是否只有ΔI = 1/2跃迁的模型能解释观测到的超核寿命，还是必须引入ΔI = 3/2贡献？
• RQ4 在重超核中，Γn/Γp衰变速率比是否显著大于1，如测得的寿命所暗示的？
• RQ5 基于介子交换的理论模型是否因缺少短程夸克动力学而无法描述介质中Λ超子的衰变？

主要发现

• 在COSY-Jülich的质子-Au、Bi和U碰撞中测得的重超核中Λ超子寿命为τΛ = 145 ± 11 ps。
• 该值比Alberico等人（ALB00A）的理论预测值~188 ps短2.7个标准差，后者假设了ΔI = 1/2规则。
• 该值也比Jido等人（JID01）的预测值~165 ps短2.0个标准差，后者同样假设了ΔI = 1/2规则。
• 实验与理论之间的差异表明，在核物质中Λ超子的非介子衰变中ΔI = 1/2规则被破坏。
• 放弃ΔI = 1/2规则的相空间模型能更好地描述测得的寿命，表明ΔI = 3/2跃迁有显著贡献。
• 观测到的寿命意味着在重超核中Γn/Γp比值大于2，与实验数据一致，后者在A ≈ 40–100范围内测得的比值为1.5至9.0。