2025年8月4日，北京谱仪III（BESIII）实验在D⁺介子纯轻衰变研究领域取得重要进展。该实验以世界最高测量精度测量了D⁺介子的衰变常数f_D+和c→d夸克混合矩阵元|V_cd|。相关成果以"Precision Measurement of the Branching Fraction of  D⁺→μ⁺ν_μ"为题，发表于国际权威物理期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters 135, 061801 (2025))。

D⁺介子是一种由一个粲夸克和一个反下夸克构成的粒子，它会衰变成其它更轻的粒子。研究团队这次精确测量了它衰变成一个反缪子（μ⁺）和一个中微子（ν_μ）的概率，这种特定的衰变方式非常“干净”，因为它没有强相互作用力参与，主要涉及粒子间最基础的弱相互作用力，这使它成为检验格点量子色动力学的计算、夸克混合矩阵的幺正性的绝佳“探针”。

BESIII实验上独特的产生环境，使研究团队可以使用双标记技术更有效地捕捉到衰变中难以探测的中微子信号，显著提高了测量的准确度，在该研究领域具有不可替代的优势。研究团队利用北京正负电子对撞机上积累的世界上最大最纯净的6000万D⁺介子样本，完成了D⁺介子衰变常数[f_D+=(213.5±2.1_stat±1.1_syst±0.8_input ±0.7_EM) MeV]和 c→d夸克混合矩阵元（|V_cd|=0.2265±0.0023_stat±0.0011_syst± 0.0009_input ±0.0007_EM ）的精确测量,将测量精度较此前提升2.3倍，并以接近1%的测量精度开启了CKM矩阵幺正性精确检验的新时代。

图1. （左）纯轻衰变D⁺→μ⁺ν_μ信号和（右）D⁺介子衰变常数f_D+测量结果与理论计算的比较

上述研究由中国科学院高能物理研究所马海龙研究员、南开大学赵明刚教授和郑州大学柯百谦教授的研究团队合作完成。该工作得到了科技部重点研发计划和国家自然科学基金等资助。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/0b8v-4rnh