來自世界各地大學(xué)的一大批研究人員在北京光譜儀III(BESIII)的合作下進行了粒子物理研究，最近報道了對輕子衰變D +→τ+ντ的首次觀測。這項發(fā)表在《物理評論快報》上的論文中提出的觀察結(jié)果，開辟了在D衰變中對mu / tau普遍性進行額外測試的可能性。

在這項研究之前，只有一個與相同的輕子衰變有關(guān)的實驗結(jié)果，是由另一組稱為CLEO合作的研究人員收集的。但是，CLEO合作并未觀察到D +→τ+ντ的信號，只能設(shè)置一個上限，該上限僅比標(biāo)準(zhǔn)模型對此衰減率的預(yù)測大20%。在他們最近的研究中，BESIII的合作著手進一步研究這種衰變，希望他們的大數(shù)據(jù)樣本能夠帶來新發(fā)現(xiàn)。

BESIII魅力小組的聯(lián)合召集人馬海龍博士對Phys.org表示：“我們認(rèn)識到空結(jié)果將是(或更多)令人興奮的，因為它可能揭示標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理學(xué)。” “然而，仍然存在重大挑戰(zhàn)，即使使用CLEO數(shù)據(jù)樣本的約3.6倍，我們也知道我們需要更好地了解背景過程和實驗系統(tǒng)的控制。”

Ma和他的同事在psi(3770)共振能量下使用的BEPCII 電子-正電子對撞機中的電子-正電子 an滅產(chǎn)生了原始的事件樣本，每個樣本只有一個D +和一個D-介子。研究人員選擇了完全重建了D-的事件，并測試了其余事件是否與僅貢獻一個帶電粒子的D +→τ+ντ一致。

明尼蘇達大學(xué)的研究員Hajime Muramatsu博士對Phys.org表示：“即使是在干凈的BESIII環(huán)境中的這種簡單信號，也有可能淹沒信號的高速率背景過程。” “在設(shè)計測量時，我們最大的擔(dān)憂是抑制D +-> pi + pi0和D +-> pi + K_L這兩個最大的問題。當(dāng)這些過程不完整或重建不正確時，這些過程可能會誤認(rèn)為是我們的信號，對于我們的分析，配備了兩個用于抑制背景的新工具。”

由BESIII合作開發(fā)的兩種背景抑制工具之一，是消除事件中丟失的動量指向有源探測器之外的事件，以避免將逃逸的粒子誤認(rèn)為中微子。根據(jù)momentum滅電子和正電子的性質(zhì)以及檢測到的最終狀態(tài)粒子來計算缺少的動量。

另一方面，研究人員設(shè)計的第二種工具通過拒絕背景事件來工作，這些事件是基于他們可以在探測器的電磁熱量計中產(chǎn)生的額外能量沉積而產(chǎn)生的。這一特殊要求有效地接受了信號事件，對于這些事件，唯一的額外粒子是中微子，它們穿透了檢測器而沒有留下痕跡。

BESIII合作對輕子衰變D +→τ+ντ的觀測填補了粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中的一個重要空白，從而可以對該模型進行新的測試。標(biāo)準(zhǔn)模型的關(guān)鍵特征是“輕子普遍性”，它要求電子，介子和tau在所有相互作用中的行為幾乎相同。

明尼蘇達大學(xué)的研究員Ron Poling教授說：“最近對B介子衰變的測量暗示可能有輕子普遍性的違反，這使得對D和D的魅力介子進行測試變得更加有趣。”告訴Phys.org。“關(guān)于Ds +-> tau + nu的許多結(jié)果有些分散，但與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測基本一致。因為以前從未見過D +-> tau + nu，所以我們的研究為檢驗mu / tau普遍性提供了第一個機會。 D衰減。”

由BESIII合作進行的最新研究表明，在實驗不確定性范圍內(nèi)，輕子衰變D +→τ+ντ速率符合理論預(yù)期，從而增強了對標(biāo)準(zhǔn)模型的信心。他們基于?3 / fb e + e-e滅數(shù)據(jù)收集的D +→τ+ντ的首次測量值在統(tǒng)計上受到限制(即，在衰減率和輕子通用性測試上具有20%的相對統(tǒng)計不確定性)。將來，更大的數(shù)據(jù)集和其他統(tǒng)計信息可以為更具體的測量鋪平道路。

BESIII發(fā)言人袁長征教授對Phys.org表示：“ BEPCII和BESIII計劃在不久的將來獲取更多數(shù)據(jù)，并同時升級加速器和檢測器功能。” “我們建議將來收集20 / fb的psi(3770)數(shù)據(jù)，將D +-> tau + nu測量的相對統(tǒng)計誤差降低到8%以下。BESIII還將在其他能量下使用此數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)樣本進一步完善我們對Ds介子類似衰變的理解，并擴展對迷人介子，迷人重子和其他狀態(tài)的許多其他研究。”