近日，我院粒子物理研究所孟雨研究员与北京大学、西安工业大学、华中师范大学合作者在粲偶素不可见衰变的格点计算中取得重要进展，相关成果发表于国际知名物理期刊《Physical Review D》。该工作首次从第一性原理出发精确计算了J/ψ→γνν稀有衰变分支比，为北京谱仪 BESIII、未来超级陶粲工厂（STCF）等大型装置搜寻暗物质、类轴子等新粒子提供不可或缺的标准模型本底理论基准。本工作中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，我院2025级研究生张学泽同学做了关键的数值检验工作。

图1. J/ψ不可见稀有衰变的费曼图。

实验通过测量粲夸克偶素辐射不可见衰变的丢失能量，是寻找次GeV 轻暗物质、轴子、惰性中微子最灵敏实验通道之一。实验上仅观测单光子、无其他末态粒子，丢失能量既可能是新物理粒子，也来自标准模型本底过程中的中微子。中微子无相互作用、同样表现为 “不可见”，属于不可约标准模型本底。以往研究仅依靠非相对论唯象模型粗略估算，理论误差巨大，无法匹配当前及下一代实验探测精度。现有 BESIII 已将该道新物理分支比上限推至10^-8量级，未来的超级陶粲工厂预计每年可产生约10¹²个J/ψ事例，灵敏度有机会达到10^-10区间，恰好落入中微子本底信号区间。若缺少精准理论预言，实验无法有效扣除标准模型中微子污染，将完全无法区分新物理信号与本底噪声，从而严重制约暗物质、新轻粒子的实验搜寻。由于该过程中的非微扰强相互作用，只能依靠格点 QCD 第一性数值模拟给出精确预言，此前尚未有相关的格点计算工作。

图2. J/ψ→γνν衰变宽度的格点连续极限外推。

本工作首次给出了基于第一性原理的格点量子色动力学计算结果，预言了该不可见衰变中微子本底的贡献：Br(J/ψ→γνν)=1.04(7)(8)×10^-10。此前唯象模型仅给出0.7×10^-10量级粗略估计，无系统误差估计。本结果实现百分级精度控制，大幅降低理论不确定性，为实验本底扣除提供无模型依赖的精确理论基准。同时，该计算方法具备通用性，可直接推广至ϒ、φ等夸克偶素辐射不可见衰变过程，从而为更进一步的陶粲能区新物理的搜寻提供了方向。

该工作得到了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》、河南省青年人才托举工程等项目的支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/3pm3-vmhh