基于BESIII采集的4.19-4.23 GeV数据精确测量 Ds 衰变常数和夸克混合矩阵元 |Vcs|

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11875170
项目类别：
面上项目
资助金额：
65.0万
负责人：
赵明刚
依托单位：
南开大学
学科分类：
A2603.重味物理
结题年份：
2022
批准年份：
2018
项目状态：
已结题
起止时间：
2019-01-01 至2022-12-31

项目参与者：
王铮；渠朝义；屈三强；竹杰；张暐；高朴远；
关键词：
CKM矩阵元弱衰变 μ轻子物理 tau轻子物理衰变常数

项目摘要

One of the most important issue of the charm meson experiment is to determine the CKM matrix element |Vcs| and decay constant fDs as precisely as we can. Precise measurement of |Vcs| can benefit the test of CKM unitary and provide an ideal lab for the searching for CP violation and new physics. On the other hand, one can also extract the fDs with the input of |Vcs|, theories like LQCD can be tested by the comparison of the values from theory calculation and experiment measurement. BESIII experiment has accumulated data at 4.19、4.20、4.21、4.22 and 4.23 GeV with the total integrated luminosity of 3.18 fb-1. The main production process of Ds meson at these energy points is e+e- ->Ds*Ds and the background components are relatively simple, thus, these data can be used to study the leptonic decay of Ds. Thus, the precision of the world average value of |Vcs| and fDs can be improved to be 1% level based on these data samples without taking more special data for Ds physics. If this try can work, these data samples can also be used in other Ds studies. The more precise results can improve the influence of the BESIII experiment in the world.

精确地测定基本参数夸克混合矩阵元|Vcs|和Ds衰变常数fDs是国际粲介子实验的首要任务之一。精确测量|Vcs|不仅能帮助检验CKM矩阵的幺正性，还能为寻找CP破坏和新物理提供理想的平台。另外，联合|Vcs|的世界平均值能够得到fDs，与LQCD等理论得到的fD和fDs及其比值比较，能在更高精度上检验各种理论及模型的正确性。BESIII在4.19, 4.20, 4.21, 4.22和4.23 GeV等5个能量点共采集了3.18 fb-1数据。这些数据中Ds主要由Ds*Ds过程产生，本底构成相对简单，因此可用于Ds纯轻衰变研究。在不额外采集Ds数据的情况下增加Ds样本约1倍，进而把f_Ds和|Vcs|测量的世界平均值精度改进至1%左右水平。本项目的成功实施还将有助于使用这些数据开展其他Ds精确测量或稀有过程的研究，进一步增强BESIII实验在国际粲物理研究领域的影响力。

结项摘要

精确地测定夸克混合矩阵元|Vcs|和Ds衰变常数f_Ds是国际粲介子实验的首要任务之一。精确测量|Vcs|不仅有助于CKM矩阵幺正性的检验，还能为轻子普适性检验、寻找CP破坏和新物理等提供理想的实验平台。另外，联合|Vcs|的世界平均值能够得到f_Ds，与LQCD等理论得到的f_D和f_Ds及其比值比较，能在更高精度上检验各种格点QCD模型的正确性。. 本项目工作按计划执行完毕。以项目组成员为主已发表BESIII合作组署名论文9篇，参与相关综述撰写2篇。项目组成员受邀做国际会议报告7次，举办国内会议5次，培养毕业研究生8名，在读博士生3名。完成了计划要求，总体达到了预期的研究目标。. 本项目原计划的课题均取得了亮点成果：（1）完成了利用8个能量点对Ds^+ ->mu nv_mu过程的联合测量，以世界最高精度得到了该过程的分支比、衰变常量f_Ds、CKM矩阵元|Vcs|等；（2）完成了利用8个能量点对Ds^+ ->tau nv_tau, tau->mu nv_mu过程的联合测量，得到了世界最高精度的利用muon道重建tau粒子的纯轻过程分支比，对Ds^+纯轻衰变中的轻子普适性进行了精确检验；（3）完成了利用7个能量点对D^*+纯轻过程的联合研究，首次寻找了D^*+ ->e nv_e和D^*+ ->mu nv_mu过程，得到的分支比上限结果与标准模型预期相符。这些工作为在低能区精确检验标准模型、检验和发展格点QCD理论、以及进一步寻找超出标准模型的新物理提供了高精度的实验数据。