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BESIII实验发现新的D介子纯轻衰变
2019-11-27|文章来源:实验物理中心 |【
 

  1122日,《物理评论快报》(Physical Review Letters)发表了北京谱仪IIIBESIII)合作组发现D介子第二种纯轻衰变D+→τ+n以及利用这个测量检验“轻子味道普适性”的结果。本篇作为编辑推荐文章发表。 

  纯轻衰变过程D+→τ+n中粲夸克和反下夸克通过一个虚的W玻色子湮灭成带电和中性轻子对。精确测量D+→τ+n的衰变率并与之前发现的另一种纯轻衰变D+→μ+n对比,能够对标准模型预期的“轻子味道普适性”提供非常清楚的检验,并检测可能存在的新物理效应。 

  利用BESIII实验在正负电子对撞质心系能量3.773GeV处采集的世界上最大的近阈D介子对数据,科研人员共选择了约1500D介子对,并从中鉴别出137±27D+→τ+n信号事例,研究证明信号的统计显著性大于5倍标准偏差(由本底涨落造成假信号的几率小于千万分之六),这在国际上属于首次观测到D介子的第二种纯轻衰变D+→τ+n,并测得该过程的分支比为(1.20±0.27)10-3。联合这一结果和D+→μ+n分支比的世界平均值(由此前BESIII测量结果主导),研究人员计算了二者的比值为3.21±0.65,且与基于标准模型轻子味道普适性预言的2.67在误差范围内一致,这表明在现在的实验精度下,轻子味道普适性成立。著名理论物理学家、以色列特拉维夫大学的Marek Karliner教授评论道:最近人们开始动摇对轻子味道普适性的信念,这个结果的发布正逢其时。“This comes just at the right time, when people started to question lepton universality.”)。 

  尽管纯轻衰变D+→τ+n的首次观测是一个重要突破,但该测量的精度依然受限于数据量的大小。采集更大的数据样本进一步提高测量精度是未来BESIII运行和北京正负电子对撞机升级的一个重要目标。 

  BESIII合作组论文: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.211802 

上图左为纯轻衰变D+→τ+n的费曼图,右为BESIII探测器中记录的其中一个D+→τ+n事例;下图横坐标0附近为D+→τ+n信号,小图中信号右侧的大峰和阴影都来自本底过程 


 
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