Undersøgelse samler den første observation af leptonisk henfald D+→ τ+ντ

Beijing Spectrometer III (BESIII) -samarbejdet, et stort team af forskere fra universiteter verden over, der udfører partikelfysikundersøgelser, har for nylig rapporteret den første observation af det leptoniske henfald D+→ τ+ντ. Denne observation, præsenteret i et papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , åbner mulighed for yderligere test af mu/tau -universalitet ved D -henfald.

Inden denne undersøgelse, der var kun et eksperimentelt resultat relateret til det samme leptoniske henfald, samlet af en anden gruppe forskere kendt som CLEO -samarbejdet. CLEO -samarbejdet, imidlertid, observerede ikke et signal for D+→ τ+ντ og var blot i stand til at sætte en øvre grænse, som kun var 20 procent større end standardmodelens forudsigelse for hastigheden af ​​dette forfald. I deres seneste undersøgelse, BESIII -samarbejdet satte sig for at undersøge dette forfald yderligere, i håb om, at deres store dataprøve ville muliggøre nye opdagelser.

"Vi erkendte, at et nulresultat ville være lige så (eller mere) spændende, fordi det kan afsløre ny fysik ud over standardmodellen, "Dr. Hailong Ma, medstifter af BESIII charme gruppen, fortalte Phys.org. ”Der var store udfordringer, imidlertid, og selv med ~ 3,6 gange CLEOs dataprøve vidste vi, at vi ville have brug for en bedre forståelse af baggrundsprocesser og kontrol af eksperimentel systematik. "

Elektron-positron-tilintetgørelser i BEPCII-elektron-positron-kollideren, der bruges af Ma og hans kolleger ved energien af ​​psi (3770) resonansen, producerer uberørte prøver af hændelser, hver med kun en enkelt D+ og en enkelt D- meson. Forskerne valgte hændelser, hvor D- blev fuldstændig rekonstrueret og testede, om resten af ​​hændelserne var i overensstemmelse med D+→ τ+ντ, som kun bidrager med en ladet partikel.

"For selv dette enkle signal i det rene BESIII -miljø, der er baggrundsprocesser med høj hastighed, der kan sumpe signalet, "Dr. Hajime Muramatsu, en forsker ved University of Minnesota, der ledede undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Undertrykker de to største af disse, D+ -> pi+ pi0 og D+ -> pi+ K_L, var vores største bekymring ved design af vores måling. Disse processer kan forveksles med vores signal, når de er ufuldstændigt eller forkert rekonstrueret, og til vores analyse fandt vi på to nye værktøjer til baggrundsundertrykkelse. "

Et af de to værktøjer til baggrundsundertrykkelse, der blev udformet af BESIII -samarbejdet, medfører eliminering af hændelser, hvor den manglende momentum peger uden for den aktive detektor for at undgå at forveksle undslippe partikler med ikke -detekterbare neutrinoer. Den manglende fremdrift beregnes ud fra egenskaberne af den tilintetgørende elektron og positron, samt de påviste partikler i sluttilstanden.

Det andet værktøj udtænkt af forskerne, på den anden side, virker ved at afvise baggrundshændelser baseret på de ekstra energiaflejringer, som de kan producere i detektorens elektromagnetiske kalorimeter. Dette særlige krav accepterer effektivt signalhændelser, for hvilke de eneste ekstra partikler er neutrinoer, der trænger ind i detektoren uden at efterlade et spor.

BESIII -samarbejdets observation af leptonisk henfald D+→ τ+ντ udfylder et vigtigt hul i standardmodellen for partikelfysik, muliggøre nye test af modellen. Et centralt træk ved standardmodellen er 'lepton -universalitet, "som påbyder, at elektronen, muon og tau opfører sig næsten identisk i alle interaktioner.

"Nylige målinger af forfald af B -mesoner antyder mulig krænkelse af leptonuniversalitet, gør det endnu mere interessant at udføre test på charme mesonerne D og Ds, "Professor Ron Poling, en forsker ved University of Minnesota involveret i undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Der er mange resultater på Ds+ -> tau+ nu, der er noget spredt, men stort set i overensstemmelse med standardmodelforudsigelsen. Fordi D+ -> tau+ nu havde aldrig været set før, vores undersøgelse giver den første mulighed for at teste for mu/tau -universalitet i D -forfald. "

Den nylige undersøgelse af BESIII -samarbejdet viser, at den leptoniske henfald D+→ τ+ντ svarer til teoretiske forventninger inden for eksperimentel usikkerhed, dermed forstærkes tilliden til standardmodellen. Den første måling af D+→ τ+ντ de indsamlede, baseret på ~ 3/fb e+e- tilintetgørelsesdata, er statistisk begrænset (dvs. med en 20 procent relativ statistisk usikkerhed om henfaldshastighed og lepton-universalitetstest). I fremtiden, større datasæt og yderligere statistik kan bane vejen for mere specifikke målinger.

"BEPCII og BESIII planlægger at tage flere data i den nærmeste fremtid og opgradere både accelerator- og detektorfunktioner, "Prof. Changzheng Yuan, BESIII talsmand, fortalte Phys.org. "Vi har foreslået at indsamle 20/fb psi (3770) data i fremtiden, reducere den relative statistiske fejl for D+ -> tau+ nu måling til mindre end 8 procent. BESIII vil også bruge denne og store dataprøver på andre energier til at forfine vores forståelse af lignende henfald af Ds meson og til at udvide mange andre undersøgelser af charmerede mesoner, charmerede baryoner og andre stater. "

© 2019 Science X Network