近日，中國科學(xué)院高能物理研究所理論物理室?guī)r斌副研究員及合作者在我國提出的環(huán)形正負電子對撞機CEPC、日本的國際直線對撞機ILC以及歐洲核子中心提出的未來環(huán)形輕子對撞機FCC-ee上首次提出利用橫向極化的正負電子束流探測電弱偶極相互作用的物理效應(yīng)。研究結(jié)果表明該方法可顯著改善實驗對電子電弱偶極相互作用強度的探測能力，在相關(guān)新物理研究中取得重要理論進展，其研究成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊 《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett.?131 (2023) 241801?）。
帶電輕子由于自旋效應(yīng)，可以被視為小磁鐵，彼此間存在類似磁鐵與磁鐵的相互作用（磁偶極相互作用），是粒子的基本屬性之一。由于該相互作用可以被實驗以極高精度測量，因此被廣泛用于尋找超出標準模型的新物理效應(yīng)。例如，美國費米國家實驗室測量的繆子反常磁矩與標準模型預(yù)言存在5
偏離預(yù)示著可能存在由超出標準模型新物理誘導(dǎo)的電磁偶極相互作用。由于電磁相互作用和弱相互作用被電弱規(guī)范理論統(tǒng)一描述，因此如果繆子反常磁矩測量結(jié)果是由于新物理效應(yīng)導(dǎo)致，那么我們期待存在著由相同新物理誘導(dǎo)的輕子弱偶極相互作用，其物理效應(yīng)類似于輕子的電磁偶極相互作用。此外，偶極相互作用與粒子的自旋緊密相關(guān)，因此對于傳統(tǒng)非極化的物理觀測量，該類偶極相互作用誘導(dǎo)的物理效應(yīng)將被“抹勻”以致于難以被對撞機實驗發(fā)現(xiàn)，從而導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)對其限制極其微弱，且結(jié)果嚴重依賴于理論分析中是否存在其它的新物理假設(shè)。
理論室?guī)r斌副研究員的課題組首次提出利用輕子對撞機上（CEPC，ILC，FCC-ee）初態(tài)束流的橫向極化效應(yīng)，即要求初態(tài)正負電子的自旋方向垂直于運動方向，從而可以有效地放大這些與自旋方向相關(guān)的偶極相互作用效應(yīng)，并極大改善實驗對相關(guān)新物理機制的探測能力。研究結(jié)果表明通過該方法對Z玻色子相關(guān)的偶極相互作用限制比大型強子對撞LHC和大型正負電子對撞機LEP實驗傳統(tǒng)非極化方法的結(jié)果高出兩個數(shù)量級，甚至比低能實驗電子反常磁矩測量結(jié)果高兩個量級。該研究工作同時開創(chuàng)了研究CP破壞效應(yīng)的新方法，且CP破壞參數(shù)的測量結(jié)果不依賴于CP守恒部分新物理假設(shè)，為下一步利用QCD自旋物理研究方法去探測新物理效應(yīng)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。
圖：橫向極化物理效應(yīng)示意圖（左圖）橫向極化單自旋不對稱性對電弱偶極相互作用實部的限制（中圖）及虛部的限制（右圖）
該論文作者（按姓氏排序）為北京大學(xué)博士生文新鍇、高能所巖斌副研究員（通訊作者）、密歇根州立大學(xué)博士生于志特（現(xiàn)為Jlab 博士后）和 C.-P. Yuan 教授。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、高能所科研啟動經(jīng)費以及美國自然科學(xué)基金委的支持。
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https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.131.241801
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