纯轻衰变过程D+→τ+ν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+ν的衰变率并与之前发现的另一种纯轻衰变D+→ μ+ν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1500万D介子对,并从中鉴别出137±27个 D+→τ+ν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 +ν,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+ν 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+ν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
