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Pour la première fois, on a réussi à capturer la transformation de la particule Σ0 en Λ et en une paire électron-positron.
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Parmi les débris des collisions de particules naissent parfois des « invités » éphémères : les hypérons. L'un d'eux, Σ0, vit moins d'un dix-milliardième de seconde et se désintègre en plein vol. Le capturer directement est presque impossible, mais on peut en observer les traces : il laisse derrière lui une autre particule, Λ, et une paire électron-positron.
Au collisionneur BEPCII de Pékin, le détecteur BESIII a accumulé 10 milliards d'événements de production de J/ψ — c'est comme si, dans un immense sac, on avait mélangé des milliards de billes de verre et qu'il fallait en trouver quelques-unes bien particulières. Les scientifiques ont utilisé la méthode du double marquage : ils ont d'abord identifié la désintégration de J/ψ en une paire Σ0 et anti-Σ0, puis ont enregistré la trace recherchée pour l'une d'elles. C'est ainsi qu'ils ont mesuré pour la première fois la fréquence à laquelle Σ0 se transforme en Λ et en une paire électron-positron : environ 6 cas sur 1000.
Le nombre obtenu concorde très légèrement avec les calculs — un écart de deux écarts types. C'est comme si l'on avait prédit que sur 1000 lancers de pièce, on obtiendrait 500 faces, et que l'on en obtenait 506 : la différence est minime, mais elle donne à réfléchir.
On a également mesuré le moment magnétique de Σ0 — cette grandeur indique comment la particule réagit à un champ magnétique. Il s'est avéré égal à 1.74 en unités de magnéton nucléaire. Pour comparaison, celui du proton est d'environ 2.79. Ces nombres aident à comprendre comment les charges et les courants sont répartis à l'intérieur de Σ0, de quoi elle est « faite ».
Désormais, les théoriciens ont une nouvelle piste : peut-être que la désintégration implique non seulement de simples échanges de particules, mais aussi des effets plus subtils. Et les expérimentateurs disposent d'une méthode de double marquage éprouvée, qui pourra servir pour d'autres désintégrations rares.
Based on a data sample of 10 billion $$J/\psi$$ events collected with the BESIII detector operating at the BEPCII collider, the Dalitz decay $$\Sigma^0 \rightarrow \Lambda e^+e^-$$ is studied experimentally for the first time. The $$\Sigma^0$$ hyperons are produced through the process $$J/\psi \rightarrow \Sigma^0\bar{\Sigma}^0$$ and analyzed using a double-tag method. The absolute branching fraction is measured to be $$\mathcal{B}(\Sigma^0 \rightarrow \Lambda e^+e^-) = (6.34 \pm 0.25_{\rm stat.} \pm 0.23_{\rm syst.}) \times 10^{-3}$$. This result shows a $$2\sigma$$ discrepancy from the theoretical calculation quoted in the PDG, where the uncertainties are statistical and systematic, respectively. In addition to the branching fraction, the transition magnetic moment $$\mu$$ is determined to be $$(1.74 \pm 0.03_{\rm stat.} \pm 0.09_{\rm syst.})\,\mu_N$$, where $$\mu_N=e/(2m_p)$$ represents the nucleon magnetic moment, providing valuable insight into the intrinsic structure of the $$\Sigma^0$$ hyperon.
Probabilité de désintégration de Σ0 en Λ et en une paire électron-positron : environ 6 cas sur 1000. Incertitudes : statistique 0.25 et systématique 0.23.
