2025年8月4日,北京譜儀III(BESIII)實驗在D+介子純輕衰變研究領域取得重要進展。該實驗以世界最高測量精度測量了D+介子的衰變常數(shù)fD+和c→d夸克混合矩陣元|Vcd|。相關成果以"Precision Measurement of the Branching Fraction of ?D+→μ+νμ"為題,發(fā)表于國際權威物理期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters 135, 061801 (2025))。
D+介子是一種由一個粲夸克和一個反下夸克構成的粒子,它會衰變成其它更輕的粒子。研究團隊這次精確測量了它衰變成一個反繆子(μ+)和一個中微子(νμ)的概率,這種特定的衰變方式非?!案蓛簟保驗樗鼪]有強相互作用力參與,主要涉及粒子間最基礎的弱相互作用力,這使它成為檢驗格點量子色動力學的計算、夸克混合矩陣的幺正性的絕佳“探針”。
BESIII實驗上獨特的產(chǎn)生環(huán)境,使研究團隊可以使用雙標記技術更有效地捕捉到衰變中難以探測的中微子信號,顯著提高了測量的準確度,在該研究領域具有不可替代的優(yōu)勢。研究團隊利用北京正負電子對撞機上積累的世界上最大最純凈的6000萬D+介子樣本,完成了D+介子衰變常數(shù)[fD+=(213.5±2.1stat±1.1syst±0.8input ±0.7EM) MeV]和 c→d夸克混合矩陣元(|Vcd|=0.2265±0.0023stat±0.0011syst± 0.0009input ±0.0007EM )的精確測量,將測量精度較此前提升2.3倍,并以接近1%的測量精度開啟了CKM矩陣幺正性精確檢驗的新時代。

圖1. (左)純輕衰變D+→μ+νμ信號和(右)D+介子衰變常數(shù)fD+測量結果與理論計算的比較
上述研究由中國科學院高能物理研究所馬海龍研究員、南開大學趙明剛教授和鄭州大學柯百謙教授的研究團隊合作完成。該工作得到了科技部重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等資助。