De samenwerking met Beijing Spectrometer III (BESIII), een groot team van onderzoekers van universiteiten over de hele wereld die deeltjesfysica-onderzoeken uitvoert, heeft onlangs de eerste waarneming van het leptonische verval D+→τ+ντ gerapporteerd. Deze observatie, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , opent de mogelijkheid van aanvullende tests van mu/tau-universaliteit in D-verval.

Voorafgaand aan deze studie, er was slechts één experimenteel resultaat gerelateerd aan hetzelfde leptonische verval, verzameld door een andere groep onderzoekers die bekend staat als de CLEO-samenwerking. De CLEO-samenwerking, echter, geen signaal waargenomen voor D+→τ+ντ en kon alleen een bovengrens instellen, die slechts 20 procent groter was dan de voorspelling van het standaardmodel voor de snelheid van dit verval. In hun recente studie, de BESIII-samenwerking wilde dit verval verder onderzoeken, in de hoop dat hun grote gegevensmonster nieuwe ontdekkingen mogelijk zou maken.

"We erkenden dat een nulresultaat net zo (of spannender) zou zijn, omdat het nieuwe fysica zou kunnen onthullen die verder gaat dan het standaardmodel, "Dr. Hailong Ma, mede-oprichter van de BESIII charmegroep, vertelde Phys.org. “Er waren grote uitdagingen, echter, en zelfs met ~3,6 keer de datasteekproef van CLEO wisten we dat we een beter begrip van achtergrondprocessen en controle van experimentele systematiek nodig zouden hebben."

Elektron-positron-annihilaties in de BEPCII-elektronen-positron-versneller die door Ma en zijn collega's wordt gebruikt bij de energie van de psi(3770)-resonantie, produceren ongerepte voorbeelden van gebeurtenissen, elk met slechts een enkele D+ en een enkele D- meson. De onderzoekers selecteerden gebeurtenissen waarbij de D- volledig was gereconstrueerd en testten of de rest van de gebeurtenissen consistent was met D+→τ+ντ, die slechts één geladen deeltje bijdraagt.

"Voor zelfs dit eenvoudige signaal in de schone BESIII-omgeving, er zijn high-rate achtergrondprocessen die het signaal kunnen overspoelen, "Dr. Hajime Muramatsu, een onderzoeker aan de Universiteit van Minnesota die de studie leidde, vertelde Phys.org. "Het onderdrukken van de twee grootste van deze, D+ -> pi+ pi0 en D+ -> pi+ K_L, was onze grootste zorg bij het ontwerpen van onze meting. Deze processen kunnen worden aangezien voor ons signaal wanneer ze onvolledig of onjuist worden gereconstrueerd en voor onze analyse kwamen we met twee nieuwe tools voor achtergrondonderdrukking."

Een van de twee instrumenten voor achtergrondonderdrukking die is ontwikkeld door de BESIII-samenwerking, omvat het elimineren van gebeurtenissen waarbij het ontbrekende momentum buiten de actieve detector wijst om te voorkomen dat ontsnappende deeltjes worden verward met niet-detecteerbare neutrino's. Het ontbrekende momentum wordt berekend uit de eigenschappen van het annihilerende elektron en positron, evenals de gedetecteerde deeltjes in de eindtoestand.

Het tweede instrument dat door de onderzoekers is bedacht, anderzijds, werkt door achtergrondgebeurtenissen te verwerpen op basis van de extra energieafzettingen die ze kunnen produceren in de elektromagnetische calorimeter van hun detector. Deze specifieke eis accepteert efficiënt signaalgebeurtenissen, waarvoor de enige extra deeltjes neutrino's zijn die de detector binnendringen zonder een spoor achter te laten.

De observatie van de BESIII-samenwerking van leptonisch verval D+→τ+ντ vult een belangrijke leemte in het standaardmodel van de deeltjesfysica, nieuwe tests van het model mogelijk te maken. Een belangrijk kenmerk van het standaardmodel is 'lepton-universaliteit, " die bepaalt dat het elektron, muon en tau gedragen zich bijna identiek in alle interacties.

"Recente metingen van het verval van B-mesonen duiden op een mogelijke schending van de universaliteit van leptonen, waardoor het nog interessanter wordt om tests uit te voeren op de charm-mesonen D en Ds, " Prof. Ron Poling, een onderzoeker aan de Universiteit van Minnesota die bij het onderzoek betrokken was, vertelde Phys.org. "Er zijn veel resultaten op Ds+ -> tau+ nu die enigszins verspreid zijn maar grotendeels consistent zijn met de standaardmodelvoorspelling. Omdat D+ -> tau+ nu was nog nooit eerder gezien, onze studie biedt de eerste mogelijkheid om te testen op mu/tau-universaliteit in D-verval."

De recente studie van de BESIII-samenwerking toont aan dat het leptonische verval D+→τ+ντ-snelheid voldoet aan de theoretische verwachtingen binnen experimentele onzekerheid, waardoor het vertrouwen in het standaardmodel wordt versterkt. De eerste meting van D+→τ+ντ die ze verzamelden, gebaseerd op ~3/fb e+e-vernietigingsgegevens, statistisch beperkt is (d.w.z. met een relatieve statistische onzekerheid van 20 procent op de vervalsnelheid en lepton-universaliteitstest). In de toekomst, grotere datasets en aanvullende statistieken kunnen de weg vrijmaken voor meer specifieke metingen.

"BEPCII en BESIII zijn van plan om in de nabije toekomst meer gegevens te verzamelen en zowel de accelerator- als de detectormogelijkheden te upgraden, "Prof. Changzheng Yuan, BESIII-woordvoerder, vertelde Phys.org. "We hebben voorgesteld om in de toekomst 20/fb aan psi(3770)-gegevens te verzamelen, het verminderen van de relatieve statistische fout voor de D+ -> tau+ nu-meting tot minder dan 8 procent. BESIII zal deze en grote datamonsters bij andere energieën ook gebruiken om ons begrip van vergelijkbare vervalsingen van Ds-mesonen te verfijnen en om vele andere onderzoeken van gecharmeerde mesonen uit te breiden, gecharmeerd baryons en andere staten."

© 2019 Wetenschap X Netwerk