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

作者：M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson, O. Afedulidis, X. C. Ai, R. Aliberti, A. Amoroso, Qi An, Yunhao 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, Roy 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, Bangning 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, Huayang Gao, X. B. Gao, Yang Gao, Yang Gao, S. Garbolino, I. Garzia, L. Ge, P. Ge, Z. W. Ge, Chao-Qiang Geng, Evelina Mihova Gersabeck, A. Gilman, K. Goetzen, Lingwen 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 Sheng Jiang, Yin Jiang, J. B. Jiao, J. K. Jiao, Z. Jiao, S. Jin, Youn-Gyu 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, John 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, Guiling 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, Chao 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, Tong 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, Qiyu 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, Tao Luo, X. L. Luo, X. R. Lyu, Y. F. Lyu, F. C. Ma, H. Ma, H. L., J. L., L. L. Ma, M. M., Q. M., R. Q. Ma, Tianchen Ma, Xiangteng Ma, X. Y. Ma, Yan-Qing Ma, Y. M., Frank E. Maas, M. Maggiora, S. Malde, Y. J. Mao, Z. P. Mao, S. Marcello, Z. X. Meng, Johan G. Messchendorp, G. Mezzadri, Han 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, Arpit 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, Sen 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, Manuel Dionisio Da Rocha Rolo, G. Rong, Ch. Rosner, S. N. Ruan, N. Salone, A. Sarantsev, Y. Schelhaas, K. Schoenning, M. Scodeggio, K. Y. Shan, Wenqian Shan, X. Y. Shan, Z. J. Shang, J. F. Shangguan, L. G. Shao, Ming 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, Tianqi Sun, W. Y. Sun, Yanfeng Sun, Y. J. Sun, Y. Z. Sun, Zequn Sun, Z. T. Sun, C. J. Tang, G. Y. Tang, Jian 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, Zhengrui 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, Chunyuan 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 Yi Xu, M. Xu, Q. Xu, Q. N. Xu, Wenhao 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, Tingjun 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, Yuchang 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, Xingguang Zhong, Hao Zhou, Jianying Zhou, L. P. Zhou, Shenyu Zhou, Xiaokang Zhou, X. K. Zhou, X. R. Zhou, Xiang Zhou, Y. Zhou, Jiang Zhu, K. Zhu, K. J. Zhu, K. S. Zhu, Lei J. Zhu, L. X. Zhu, S. H. Zhu, S. Q. Zhu, T. J. Zhu, Weidong D. Zhu, Y. C. Zhu, Z. A. Zhu, J. H. Zou, J. Zu · 发表于：Nature Communications · 年份：2025 · DOI：10.1038/s41467-024-55042-y · 被引用次数：13 · 研究领域：Particle physics theoretical and experimental studies、Quantum Chromodynamics and Particle Interactions、Medical Imaging Techniques and Applications

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 fi...