La colaboración Beijing Spectrometer III (BESIII), Un gran equipo de investigadores de universidades de todo el mundo que realizan estudios de física de partículas ha informado recientemente de la primera observación de la desintegración leptónica D + → τ + ντ. Esta observación, presentado en un artículo publicado en Cartas de revisión física , abre la posibilidad de pruebas adicionales de universalidad mu / tau en D. decaimientos.

Antes de este estudio, solo hubo un resultado experimental relacionado con la misma desintegración leptónica, reunidos por otro grupo de investigadores conocido como la colaboración CLEO. La colaboración CLEO, sin embargo, no observó una señal para D + → τ + ντ y simplemente pudo establecer un límite superior, que era solo un 20 por ciento más grande que la predicción del modelo estándar para la tasa de esta desintegración. En su estudio reciente, la colaboración BESIII se propuso investigar más a fondo esta decadencia, con la esperanza de que su gran muestra de datos permita nuevos descubrimientos.

"Reconocimos que un resultado nulo sería tan (o más) emocionante, porque podría revelar nueva física más allá del modelo estándar, "Dr. Hailong Ma, co-convocante del grupo de encanto BESIII, dijo Phys.org. "Hubo grandes desafíos, sin embargo, e incluso con ~ 3.6 veces la muestra de datos de CLEO sabíamos que necesitaríamos una mejor comprensión de los procesos de fondo y el control de la sistemática experimental ".

Las aniquilaciones electrón-positrón en el colisionador electrón-positrón BEPCII utilizado por Ma y sus colegas en la energía de la resonancia psi (3770) producen muestras prístinas de eventos, cada uno con un solo D + y un solo D- mesón. Los investigadores seleccionaron eventos en los que D- se reconstruyó completamente y probaron si el resto de los eventos era consistente con D + → τ + ντ, que aporta una sola partícula cargada.

"Incluso para esta simple señal en el entorno limpio BESIII, hay procesos de fondo de alta velocidad que pueden inundar la señal, "Dr. Hajime Muramatsu, un investigador de la Universidad de Minnesota que dirigió el estudio, dijo Phys.org. "Suprimiendo los dos más grandes, D + -> pi + pi0 y D + -> pi + K_L, fue nuestra mayor preocupación al diseñar nuestra medición. Estos procesos pueden confundirse con nuestra señal cuando se reconstruyen de forma incompleta o incorrecta y para nuestro análisis se nos ocurrieron dos nuevas herramientas para la supresión de fondo ".

Una de las dos herramientas para la supresión de fondo ideada por la colaboración BESIII implica la eliminación de eventos en los que el impulso faltante apunta fuera del detector activo para evitar confundir las partículas que escapan con neutrinos indetectables. El momento perdido se calcula a partir de las propiedades del electrón y el positrón aniquiladores, así como las partículas en estado final detectadas.

La segunda herramienta ideada por los investigadores, por otra parte, funciona rechazando los eventos de fondo en función de los depósitos de energía adicionales que pueden producir en el calorímetro electromagnético de su detector. Este requisito particular acepta de manera eficiente eventos de señal, para lo cual las únicas partículas extra son los neutrinos que penetran en el detector sin dejar rastro.

La observación de la colaboración BESIII de la desintegración leptónica D + → τ + ντ llena un vacío importante en el modelo estándar de física de partículas, permitiendo nuevas pruebas del modelo. Una característica clave del modelo estándar es la 'universalidad de leptones, "que exige que el electrón, muon y tau se comportan de manera casi idéntica en todas las interacciones.

"Las mediciones recientes de las desintegraciones de los mesones B apuntan a una posible violación de la universalidad de los leptones, lo que hace que sea aún más interesante realizar pruebas en los mesones encantadores D y Ds, "Prof. Ron Poling, un investigador de la Universidad de Minnesota involucrado en el estudio, dijo Phys.org. "Hay muchos resultados en Ds + -> tau + nu que están algo dispersos pero en gran medida consistentes con la predicción del modelo estándar. Porque D + -> tau + nu nunca antes se había visto, nuestro estudio brinda la primera oportunidad de probar la universalidad de mu / tau en desintegraciones D ".

El estudio reciente de la colaboración BESIII demuestra que la tasa de desintegración leptónica D + → τ + ντ se ajusta a las expectativas teóricas dentro de la incertidumbre experimental, reforzando así la confianza en el modelo estándar. La primera medición de D + → τ + ντ que recolectaron, basado en ~ 3 / fb e + e- datos de aniquilación, es estadísticamente limitado (es decir, con una incertidumbre estadística relativa del 20 por ciento en la tasa de desintegración y la prueba de universalidad de leptones). En el futuro, conjuntos de datos más grandes y estadísticas adicionales podrían allanar el camino para mediciones más específicas.

"BEPCII y BESIII planean tomar más datos en un futuro cercano y actualizar las capacidades de los aceleradores y detectores, "Prof. Changzheng Yuan, Portavoz de BESIII, dijo Phys.org. "Hemos propuesto recopilar 20 / fb de psi (3770) datos en el futuro, reduciendo el error estadístico relativo para el D + -> medición de tau + nu a menos del 8 por ciento. BESIII también utilizará esta y grandes muestras de datos a otras energías para refinar nuestra comprensión de desintegraciones similares del mesón Ds y ampliar muchas otras investigaciones de mesones encantados. bariones encantados y otros estados ".

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