Observation of a rare beta decay of the charmed baryon with a Graph Neural Network

著者: M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson, O. Afedulidis, X. C. Ai, R. Aliberti, A. Amoroso, Qi An, Y. Bai, O. Bakina, I. Balossino, Y. Ban, H. -R. Bao, V. Batozskaya, K. Begzsuren, N. Berger, M. Berlowski, M. Bertani, D. Bettoni, F. Bianchi, E. Bianco, A. Bortone, I. R. Boyko, R. A. Briere, A. Brueggemann, Hengxing Cai, X. Cai, A. Calcaterra, G. F. Cao, N. Cao, S. A. Cetin, J. F. Chang, G. R., G. Chelkov, C. Chen, C. Chen, Chao Chen, G. Chen, H. S. Chen, H. Y. Chen, M. L. Chen, S. J. Chen, S. L. Chen, S. M. Chen, T. Chen, X. R. Chen, X. T. Chen, Y. B. Chen, Y. Q. Chen, Z. J. Chen, Z. Y. Chen, S. K. Choi, G. Cibinetto, F. Cossio, J. J. Cui, H. L. Dai, J. P. Dai, A. Dbeyssi, R. E. de Boer, D. V. Dedovich, C. Q. Deng, Z. Y. Deng, A. Denig, I. Denysenko, M. Destefanis, F. De Mori, B. Ding, X. X. Ding, Y. Ding, Y. Ding, J. Dong, L. Y. Dong, M. Y. Dong, X. Dong, M. C. Du, S. X. Du, Y. Y. Duan, Z. H. Duan, P. Egorov, Y. H. Fan, J. Fang, J. Fang, S. S. Fang, W. X. Fang, Y. Fang, Y. Fang, R. Farinelli, L. Fava, F. Feldbauer, G. Felici, C. Q. Feng, J. H. Feng, Yutong Feng, M. Fritsch, C. D. Fu, J. L. Fu, Y. Fu, H. Gao, X. B. Gao, Yang Gao, Yang Gao, S. Garbolino, I. Garzia, L. Ge, P. Ge, Z. W. Ge, C. Geng, E. Gersabeck, A. Gilman, K. Goetzen, L. Gong, W. X. Gong, W. Gradl, S. Gramigna, M. Greco, M. H. Gu, Y. T. Gu, C. Y. Guan, A. Q. Guo, L. B. Guo, M. J. Guo, R. P. Guo, Y. P. Guo, A. Guskov, J. Gutiérrez, Keli Han, T. T. Han, F. Hanisch, X. Q. Hao, F. A. Harris, K. K. He, K. L. He, F. H. Heinsius, C. H. Heinz, Y. K. Heng, C. Herold, T. Holtmann, P. C. Hong, G. Y. Hou, X. T. Hou, Y. R. Hou, Z. L. Hou, B. Y. Hu, H. M. Hu, J. F. Hu, S. L. Hu, Ting Hu, Y. Hu, G. S. Huang, K. X. Huang, L. Q. Huang, X. T. Huang, Y. Huang, T. Hussain, F. Hölzken, N. Hüsken, N. in der Wiesche, J. Jackson, S. Janchiv, J. H. Jeong, Q. Ji, Q. P. Ji, W. Ji, X. B. Ji, X. L. Ji, Y. Y. Ji, X. Jia, Z. Jiao, D. Jiang, H. B. Jiang, P. C. Jiang, S. S. Jiang, T. J. Jiang, Xin Jiang, Yin Jiang, J. B. Jiao, J. K. Jiao, Z. Jiao, S. Jin, Y. Jin, M. Q. Jing, X. M. Jing, T. Johansson, S. Kabana, N. Kalantar-Nayestanaki, X. L. Kang, X. S. Kang, M. Kavatsyuk, B. C. Ke, V. Khachatryan, A. Khoukaz, R. Kiuchi, O. B. Kolcu, B. Kopf, M. Kuessner, X. Kui, N. Kumar, A. Kupść, W. Kühn, J. J. Lane, P. Larin, L. Lavezzi, T. T. Lei, Z. H. Lei, M. Lellmann, T. Lenz, C. Li, C. Li, C. H. Li, Cheng Li, D. M. Li, Feng Li, G. Li, H. B. Li, H. J. Li, H. N. Li, Hui Li, J. R. Li, J. S. Li, Kangwei Li, L. J. Li, L. K. Li, Lei Li, Menghe H. Li, Ping Li, Q. M. Li, Q. X. Li, R. Li, S. X. Li, T. Li, W. D. Li, W. G. Li, Xiangyang Li, X. H. Li, X. L. Li, X. Y. Li, X. Z. Li, Y. G. Li, Z. J. Li, Zhengyu Li, C. Liang, H. Liang, H. Liang, Y. F. Liang, Y. T. Liang, G. R. Liao, L. Z. Liao, Y. P. Liao, J. Libby, A. Limphirat, C. C. Lin, D. X. Lin, T. Lin, B. J. Liu, Bo Liu, C. Liu, C. X. Liu, Feng Liu, F. H. Liu, Feng Liu, G. M. Liu, H. Liu, H. B. Liu, H. H. Liu, H. M. Liu, Huihui Liu, J. B. Liu, J. Y. Liu, K. Liu, K. Y. Liu, Ke Liu, L. Li, L. C. Liu, Lu Liu, M. H. Liu, P. L. Liu, Q. Liu, S. B. Liu, T. Liu, W. K. Liu, W. M. Liu, Xiao Liu, Xiao Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. B. Liu, Z. A. Liu, Z. D. Liu, Z. Q. Liu, X. C. Lou, F. X. Lu, H. J. Lu, J. G. Lu, X. L. Lu, Y. Lu, Y. P. Lu, Z. H. Lu, C. L. Luo, J. R. Luo, M. X. Luo, T. Luo, X. L. Luo, X. R. Lyu, Y. F. Lyu, F. C., H. Ma, H. L., J. L., L. L., M. M., Q. M., R. Q., T. Ma, X. T., X. Y., Yan-Qing Ma, Y. M., F. E. Maas, M. Maggiora, S. Malde, Y. J. Mao, Z. P. Mao, S. Marcello, Z. X. Meng, J. G. Messchendorp, G. Mezzadri, H. Miao, T. J. Min, R. E. Mitchell, X. H. Mo, B. Moses, N. Yu. Muchnoi, J. Muskalla, Y. Nefedov, F. Nerling, L. S. Nie, I. B. Nikolaev, Z. Ning, S. Nisar, Q. L. Niu, W. D. Niu, Yanqing Niu, S. L. Olsen, Q. Ouyang, S. Pacetti, X. Pan, Y. Pan, A. Pathak, P. Patteri, Y. P. Pei, M. Pelizaeus, H. P. Peng, Y. Y. Peng, K. Peters, J. L. Ping, R. G. Ping, S. Plura, V. Prasad, F. Z. Qi, H. R. Qi, H. R. Qi, M. Qi, T. Y. Qi, S. Qian, W. B. Qian, C. F. Qiao, X. K. Qiao, J. J. Qin, L. Q. Qin, L. Y. Qin, X. S. Qin, H. R. Qi, J. F. Qiu, Z. H. Qu, C. F. Redmer, K. J. Ren, A. Rivetti, M. Rolo, G. Rong, Ch. Rosner, S. N. Ruan, N. Salone, A. Sarantsev, Y. Schelhaas, K. Schoenning, M. Scodeggio, K. Y. Shan, W. Shan, X. Y. Shan, Z. J. Shang, J. F. Shangguan, L. G. Shao, M. Shao, C. P. Shen, H. F. Shen, W. H. Shen, X. Y. Shen, B. A. Shi, H. C. Shi, H. C. Shi, J. L. Shi, J. Y. Shi, Q. Q. Shi, Shuai Shi, X. Shi, J. J. Song, T. Z. Song, W. M. Song, Y. J. Song, Y. X. Song, S. Sosio, S. Spataro, F. Stieler, Y. J. Su, G. B. Sun, G. X. Sun, Hao Sun, H. K. Sun, J. F. Sun, K. Sun, L. Sun, S. S. Sun, T. Sun, W. Y. Sun, Yanfeng Sun, Y. J. Sun, Y. Z. Sun, Zequn Sun, Z. T. Sun, C. J. Tang, G. Y. Tang, J. Tang, M. Tang, Y. A. Tang, L. Y. Tao, Q. T. Tao, M. Tat, J. X. Teng, V. Thoren, W. H. Tian, Y. Tian, Z. F. Tian, I. Uman, Y. Wan, S. J. Wang, B. Wang, B. L. Wang, Bo Wang, D. Y. Wang, Fan Wang, H. J. Wang, Jianjian Wang, J. P. Wang, K. Wang, L. L. Wang, Meng Wang, N. Y. Wang, S. J. Wang, S. Wang, T. Wang, T. J. Wang, W. Wang, W. P. Wang, W. P. Wang, X. Wang, X. F. Wang, X. J. Wang, X. L. Wang, Xin-Nian Wang, Y. Wang, Y. D. Wang, Y. F. Wang, Yilin Wang, Y. N. Wang, Y. Q. Wang, Yaqian Wang, Z. Wang, Z. L. Wang, Ziyi Wang, Ziyi Wang, D. H. Wei, F. Weidner, S. P. Wen, Y. R. Wen, U. Wiedner, G. Wilkinson, M. Wolke, L. Wollenberg, C. Wu, J. F. Wu, L. H. Wu, L. J. Wu, X. Wu, X. H. Wu, Yue Wu, Y. H. Wu, Y. J. Wu, Z. Wu, L. Xia, X. M. Xian, B. H. Xiang, T. Xiang, D. Xiao, G. Y. Xiao, S. Y. Xiao, Y. L. Xiao, Z. J. Xiao, C. Xie, X. H. Xie, Y. Xie, Y. G. Xie, Y. H. Xie, Zhipeng Xie, T. Y. Xing, C. F. Xu, C. J. Xu, G. F. Xu, Heng Xu, M. Xu, Q. Xu, Q. N. Xu, W. Xu, W. L. Xu, X. P. Xu, Y. C. Xu, Zhipeng Xu, Z. S. Xu, F. Yan, L. Yan, W. B. Yan, W. C. Yan, Xu Yan, Y. Yang, H. L. Yang, H. X. Yang, T. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Y. X. Yang, Zhengwen Yang, Z. P. Yao, M. Ye, M. H. Ye, J. H. Yin, Z. Y. You, Yu Bai, C. X. Yu, Guanlong Yu, J. S. Yu, T. Yu, X. D. Yu, Yu Ye, C. Z. Yuan, J. Yuan, J. Yuan, L. Yuan, S. C. Yuan, Y. Yuan, Z. Y. Yuan, C. X. Yue, A. A. Zafar, F. R. Zeng, S. H. Zeng, X. Zeng, Y. Zeng, Y. J. Zeng, Y. J. Zeng, X. Y. Zhai, Y. C. Zhai, Y. H. Zhan, A. Q. Zhang, B. L. Zhang, B. X. Zhang, D. H. Zhang, G. Y. Zhang, H. Zhang, H. Zhang, H. C. Zhang, H. H. Zhang, H. H. Zhang, H. Q. Zhang, Hongrui Zhang, H. Y. Zhang, J. Zhang, J. Zhang, J. J. Zhang, J. L. Zhang, J. Q. Zhang, J. S. Zhang, J. W. Zhang, J. X. Zhang, J. Y. Zhang, J. Z. Zhang, Jianyu Zhang, L. M. Zhang, Lei Zhang, P. Zhang, Q. Y. Zhang, R. Y. Zhang, S. H. Zhang, Shulei Zhang, X. D. Zhang, X. M. Zhang, X. Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. T. Zhang, Y. H. Zhang, Y. M. Zhang, Yan Zhang, Z. D. Zhang, Z. H. Zhang, Z. L. Zhang, Z. Y. Zhang, Z. Y. Zhang, Z. Z. Zhang, G. Zhao, J. Y. Zhao, J. Z. Zhao, Lei Zhao, Lei Zhao, M. G. Zhao, N. Zhao, R. P. Zhao, S. J. Zhao, Y. B. Zhao, Y. X. Zhao, Z. G. Zhao, A. Zhemchugov, B. Zheng, B. M. Zheng, J. P. Zheng, W. J. Zheng, Y. H. Zheng, B. Zhong, X. Zhong, H. Zhou, Jianying Zhou, L. P. Zhou, S. Zhou, X. Zhou, X. K. Zhou, X. R. Zhou, Xiang Zhou, Y. Zhou, Jiang Zhu, K. Zhu, K. J. Zhu, K. S. Zhu, Lei Zhu, L. X. Zhu, S. H. Zhu, S. Q. Zhu, T. J. Zhu, Weidong Zhu, Y. C. Zhu, Z. A. Zhu, J. H. Zou, J. Zu - Nature Communications 2025 被引用: 10

The beta decay of the lightest charmed baryon $${\Lambda }_{c}^{+}$$ provides unique insights into the fundamental mechanism of strong and electro-weak interactions, serving as a testbed for investigating non-perturbative quantum chromodynamics and constraining the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) matrix parameters. This article presents the first observation of the Cabibbo-suppressed decay $${\Lambda }_{c}^{+}\to n{e}^{+}{\nu }_{e}$$ , utilizing 4.5 fb−1 of electron-positron annihilation data collected with the BESIII detector. A novel Graph Neural Network based technique effectively separates signals from dominant backgrounds, notably $${\Lambda }_{c}^{+}\to \Lambda {e}^{+}{\nu }_{e}$$ , achieving a statistical significance exceeding 10σ. The absolute branching fraction is measured to be (3.57 ± 0.34stat. ± 0.14syst.) × 10−3. For the first time, the CKM matrix element $$\left\vert {V}_{cd}\right\vert$$ is extracted via a charmed baryon decay as $$0.208\pm 0.01{1}_{{{{\rm{exp.}}}}}\pm 0.00{7}_{{{{\rm{LQCD}}}}}\pm 0.00{1}_{{\tau }_{{\Lambda }_{c}^{+}}}$$ . This work highlights a new approach to further understand fundamental interactions in the charmed baryon sector, and showcases the power of modern machine learning techniques in experimental high-energy physics. The semileptonic decay channels of the Λc baryon can give important insights into weak interaction, but decay into a neutron, positron and electron neutrino has not been reported so far, due to difficulties in the final products’ identification. Here, the BESIII Collaboration reports its observation in e+e- collision data, exploiting machine-learning-based identification techniques.