BESIII实验发现新的D介子纯轻衰变

来源：中科院高能所

11月22日，《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表了北京谱仪III（BESIII）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。

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 

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1500万D介子对，并从中鉴别出137±27个D+→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