Λ超子是含一个奇异夸克的重子，就是把中子内部一个下夸克替换成奇异夸克。Λ超子是重子八重态中含奇异夸克的最轻重子，是最早在宇宙线实验发现的长寿命超子，历史上研究其衰变性质对弱相互作用理论的发展起到了重要作用。超子的衰变主要包括三类：强子衰变、半轻衰变以及辐射衰变。其中超子的辐射衰变是唯一包含了电磁、弱和强三种相互作用的过程，是研究低能区相互作用的理想场所。1957年，李政道和杨振宁对超子衰变过程的分波振幅做了首次研究[1]，并对衰变振幅过程进行了参数化，其中的衰变不对称参数a表征超子衰变中宇称破缺和宇称守恒振幅的比例，在辐射衰变中也描述了末态辐射光子的自旋极化。Λ超子辐射跃迁到中子是奇异数改变的过程，日本理论家Yasuo Hara考虑到SU(3)味对称性破缺后，预言了辐射光子的自旋极化行为[2]，该理论被称为Hara定理。然而在Σ+→pγ等多个超子辐射过程中，实验观测到的光子自旋极化与理论预言有严重的冲突。因此超子辐射衰变问题被视为“低能区超子衰变中长期存在的不解之谜”。理论上提出许多模型试图解决这个谜团，其中多个理论认为对Λ→nγ的研究尤其是衰变不对称参数的确定是检验Hara定理的关键。
利用BESⅢ上收集的100亿J/ψ数据样本，通过J/ψ衰变到正反Λ超子对和双标记方法，实验首次得到清晰的辐射跃迁信号，获得世界上最精确的Λ→nγ绝对衰变几率测量结果为(0.832±0.038stat±0.054syst)×10-3，与之前固定靶实验的测量结果(1.75±0.15) ×10-3,偏离了5.6倍标准差(见图1)。同时，BESⅢ利用量子纠缠正反Λ超子对首次测量了Λ→nγ的衰变不对称参数，实验值为α=(-0.16±0.10stat±0.05syst),与Hara定理的预言一致。这一精确的实验结果为约束理论计算中宇称破缺振幅的贡献提供了重要的实验信息。
这一成果主要由中国科技大学周小蓉特任教授带领博士生李贺，与高能所李海波研究员和瑞典乌普萨拉大学的Andrzej Kupsc教授等BESⅢ合作组成员共同完成。BESⅢ高精度的实验数据得益于探测器的设计和离线软件科研人员的大量精细刻度工作，同时也感谢北京正负电子对撞机加速器团队在疫情期间的维护和运行。
图1：BESⅢ上Λ→nγ的实验结果(黑色十字和黄色填充椭圆)与世界平均值(蓝色竖直带)，及多个理论模型预言的比较。
