在BESIII上通过联合拟合研究Ds+ -> tau+ nu_tau的衰变
批准号:
12105077
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李惠静
依托单位:
学科分类:
强相互作用与强子物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李惠静
中文摘要
寻找超出标准模型的新物理是当前粒子物理学最前沿的课题之一。实验上可以通过精密测量一些标准模型预言的参数来间接寻找新物理。目前,实验测量结果与标准模型预言值在精度范围内基本一致,因此,提高测量精度是实验上所追求的重要目标之一。基于此,本项目将利用BESIII实验采集的目前世界上最大统计量且高质量的总积分亮度为6.32/fb的Ds*Ds数据样本,通过双标记分析方法,联合拟合tau+的多个衰变道,精确测量Ds+衰变到tau+及相应中微子的绝对分支比,以此精确计算不同轻子味的Ds+纯轻衰变的分支比比值、Ds+的衰变常数及CKM矩阵元|Vcs|。与以往通过tau+的单一衰变道测量的结果相比,本项目的测量精度会有大幅度改善,这将有助于在更高精度上检验标准模型中tau-mu轻子普适性、非微扰量子色动力学计算的Ds+衰变常数及CKM矩阵元的幺正性,从而为探索超越标准模型的新物理提供实验依据。
英文摘要
Search for new physics beyond the standard model is the frontier of current particle physics. The precision measurements of some parameters that predicted by the standard model is an indirect way to search for new physics. So far, the experimental measurements have been consistent with the standard model predictions within uncertainties. Therefore, improving the accuracy of the experimental measurements is one of the principal goals. Using the currently largest and high-quality Ds*Ds threshold data samples of 6.32/fb collected by the BESIII experiment, we precisely measure the absolute branching fraction of Ds+ -> tau+ nu_tau decay with a simultaneous fit for some tau+ decays, based on the double tag method. And then we can precisely calculate the ratio of the branching fractions of some pure leptonic Ds+ decays, Ds+ decay constant and CKM matrix element |Vcs|. Compared with the previous measurements that only using one of tau+ decays, our results will achieve a higher precision, which will be very helpful to precisely test tau-mu lepton flavor universality in the standard model, theoretical calculations of Ds+ decay constant from non-perturbative quantum chromodynamics, and the unitarity of the CKM matrix, and then provides the experimental basis for probing new physics beyond the standard model.
为了精确检验标准模型和寻找超出标准模型的新物理,本项目主要开展了以下研究工作:1、利用BESIII实验在4.128-4.226 GeV能量范围内采集的目前世界上最大统计量且高质量的总积分亮度为7.33 fb^-1的Ds*+ Ds-数据样本,联合τ+轻子的四个衰变过程:τ+ → e+ ν_e anti-ν_τ、μ+ ν_μ anti-ν_τ、π+ anti-ν_τ和ρ+ anti-ν_τ,通过双标记方法给出了目前世界上最高精度的Ds+ → τ+ anti-ν_τ过程的绝对分支比,抽取了目前世界上最精确的Ds+衰变常数和CKM矩阵元|V_cs|,计算了Ds+ →τ+ anti-ν_τ与Ds+ → μ+ anti-ν_μ的分支比比值,为精确检验和刻度格点量子色动力学理论模型的计算、CKM矩阵元的幺正性和轻子普适性提供了重要的实验数据支撑。本项目的研究内容和预期研究目标已完成。2、利用在较低能量点4.009 GeV处产生的积分亮度为1 ab^-1的快模拟蒙特卡罗样本,研究发现Ds+ → τ+ anti-ν_τ绝对分支比的统计灵敏度可达0.0002,Ds+介子衰变常数和|V_cs|的相对统计误差分别可达0.2%和0.3%。3、基于约4.5亿ψ(3686)事例,利用与本项目类似的电子重建和粒子鉴别方法,只重建一对正负电子,首次发现粲偶素电磁达利兹衰变过程ψ(3686)→e+ e- η_c,这使得实验上测量η_c衰变的绝对分支比成为可能,为精确研究η_c粒子的衰变性质开辟了一个新窗口。4、基于约27亿ψ(3686)全部事例,采用与本项目类似的单标记方法,首次观测到χ_cJ(J=0,1,2)衰变到自旋为3/2的十重态基态且只含奇异夸克的重子对Ω- anti-Ω+过程,这为未来超级陶粲工厂上探索Ω-重子的极化指明了方向。
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