近日，我院粒子物理研究所孟雨研究员与北京大学合作者在粲偶素辐射衰变方面取得重要进展，相关成果以“Lattice study of J/ψ → γηc using a method without momentum extrapolation”为题目发表在国际知名物理期刊《Physical Review D》上。粒子物理研究所孟雨研究员为第一作者，孟雨研究员与北京大学刘川教授为共同通讯作者，郑州大学为第一单位。
粲偶素辐射衰变的实验结果与理论计算之间长期存在分歧，该问题被称之为“粲偶素衰变疑难”。孟雨研究员与北京大学冯旭教授合作，提出了格点计算辐射衰变的新方法，首次将ηc→2γ精度提高到3%以内[Science Bulletin 68, 1880(2023)]，明确指出了理论结果与PDG之间存在超出3倍标准差的事实。随后孟雨研究员联合北京大学以及其他单位，将此方法应用于奇异粲强子辐射衰变过程[Physical Review D,109,074511(2024)]，将该过程的世界最高精度提高了4倍。首次计算粲偶素半轻衰变过程[Physical Review D,110,074510(2024)]，预言了该稀有衰变过程的衰变产率，为BESIII实验未来精确测量提供了理论依据。
本研究采用第一性原理的格点量子色动力学方法，并应用于粲偶素辐射衰变过程，能够有效避免由于传统计算方案的动量外推所带来的系统性误差。结合该团队前期关于粲偶素双光子衰变计算结果，确定J/ψ→γηc和ηc→2γ衰变分支比乘积为5.43(42)×10-6,这与最新BESIII实验测量结果5.23(40)×10-6完全符合，这是首次实验和理论在“粲偶素衰变疑难”问题上达成了一致。值得一提的是，在与实验对比过程中，ηc→2γ衰变道的精确理论计算发挥了关键作用，孟雨研究员及其合作者在该问题的解决上领先HPQCD一年多时间。
图1. 粲偶素辐射衰变格点结果被大科学装置BESIII [arXiv:2412.12998]所验证。
本工作中数值计算，部分在国家超级计算郑州中心的嵩山超级计算机完成。该工作得到了国家自然科学基金青年项目、国家自然科学基金重大项目《基于国产超算的格点量子色动力学关键科学问题研究》等项目的支持。
论文原文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.111.014508
相关论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.07.041
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.074511
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.110.074510
