《物理評論快報》(Physical Review Letters)發表了北京譜儀III(BESIII)合作組發現D介子第二種純輕衰變D+→τ+ν以及利用這個測量檢驗“輕子味道普適性”的結果。本篇作為編輯推薦文章發表。
純輕衰變過程D+→τ+ν中粲夸克和反下夸克通過一個虛的W玻色子湮滅成帶電和中性輕子對。精確測量D+ →τ+ν的衰變率并與之前發現的另一種純輕衰變D+→ μ+ν對比,能夠對標準模型預期的“輕子味道普適性”提供非常清楚的檢驗,并檢測可能存在的新物理效應。
利用BESIII實驗在正負電子對撞質心系能量3.773GeV處采集的世界上最大的近閾D介子對數據,科研人員共選擇了約1500萬D介子對,并從中鑒別出137±27個 D+→τ+ν信號事例,研究證明信號的統計顯著性大于5倍標準偏差(由本底漲落造成假信號的幾率小于千萬分之六),這在國際上屬于首次觀測到D介子的第二種純輕衰變D+→τ +ν,并測得該過程的分支比為(1.20±0.27)×10-3。聯合這一結果和D+→μ+ν 分支比的世界平均值(由此前BESIII測量結果主導),研究人員計算了二者的比值為3.21±0.65,且與基于標準模型輕子味道普適性預言的2.67在誤差范圍內一致,這表明在現在的實驗精度下,輕子味道普適性成立。著名理論物理學家、以色列特拉維夫大學教授Marek Karliner評論道:“最近人們開始動搖對輕子味道普適性的信念,這個結果的發布正逢其時。”
盡管純輕衰變D+→τ+ν的首次觀測是一個重要突破,但該測量的精度依然受限于數據量的大小。采集更大的數據樣本進一步提高測量精度是未來BESIII運行和北京正負電子對撞機升級的一個重要目標。