Ds+介子卡比玻压制和弱湮灭半轻衰变的实验研究

Study of the hadron semileptonic decay is of great importance in the flavor changing physics due to their ability to provide useful information on the quark structure of the hadrons and reveal the nature of the weak interactions,which is an important topic for both theoretical and experimental particle physics. However, the precisions of the measrenements on Ds+ Cabibbo-suppressed and weak annihilation semilaptonic decays are statistical limited and can not be used to test the theoretical calculations. To solve this problem, more precise experimental measurements are urgently needed. Based on 3.1 fb-1 data collected with the BESIII detector at the BEPCII collider at 4.18 GeV, we plan to systematically study the Ds+ cabibbo-suppressed and weak annihilation semileptonic decays with the double tag method. We will precisely measure the branching fractions for these semileptonic decays. We will also perform the first measurements on the form factors dependence f(q2) in Ds+->K0l+vl and Ds+->K*0l+vl. Such study can not only provide important experimental information for the test of the theoretical predictions of the branching fractions and the calibration of Lattice QCD (LQCD) calculations, but also provide an additional source, which is complementary to the case of the charm meson weak transitions, for the determination of the CKM elements and show some hints for new physics beyond the standard model. The study will play an important role in understanding the decay mechanism of charm meson Ds+ semileptonic decay.

开展强子的半轻衰变研究是粒子物理学家获取强子内部结构信息、认识弱作用规律的重要手段，是粒子物理理论研究和实验研究的重要物理课题。粲介子Ds+的半轻衰变作为其中的一个重要分支，实验上对其卡比玻压制和弱湮灭型半轻衰变分支比的测量精度较差，难以满足精确检验理论计算的要求，亟需高质量的实验数据为这些理论研究提供证据。在本项目中，我们将利用双标记的研究方法系统的研究粲介子Ds+的卡比玻压制和弱湮灭型半轻衰变过程。我们将精确测定Ds+介子衰变到这些半轻过程的分支比，并在国际上首次研究并测定Ds+->K0l+vl和Ds+->K*0l+vl衰变中的形状因子。本项目的研究工作不仅能够检验当前理论对其衰变分支比的计算结果、为发展格点理论提供重要的实验数据，还能为测定CKM矩阵元、寻找超出标准模型的新物理提供重要的实验信息。本项目的研究结果对理解粲介子Ds+的半轻衰变特性有非常重要的科学意义。

开展强子的半轻衰变研究是粒子物理学家获取强子内部结构信息、认识弱作用规律的重要手段，是粒子物理理论研究和实验研究的重要物理课题。粲介子Ds+的半轻衰变作为其中的一个重要分支，实验上对其卡比玻压制型半轻衰变分支比的测量精度较差，难以满足精确检验理论计算的要求，亟需高质量的实验数据为这些理论研究提供证据。..在本项目中，依托北京正负电子对撞机和北京谱仪III探测器在质心系能量4.178GeV采集的3.19/fb的实验数据，我们利用双标记的研究方法对粲介子Ds+卡比玻压制型半轻衰变过程进行了研究。我们精确的测定了Ds+->K0e+nu_e和Ds+->K*0e+nu_e的衰变分支比分；并在国际上首次研究了Ds+->K0e+nu_e和Ds+->K*0e+nu_e衰变的动力学特征，测定了其衰变中来自强相互作用贡献的形状因子值，并首次验证了格点QCD关于形状因子对旁观者夸克不敏感这一理论预言。我们还首次研究并测定了Ds+->K0mu+nu_mu和Ds+->K*0mu+nu_mu的衰变分支比，并通过研究其内部的运动学特征测定了Ds+->K0mu+nu_mu衰变中形状因子的零点值。此外，本项目还开展了Ds+衰变到强子过程的研究，并精确测定了Ds+->PP（赝标介子对）和Ds+->Kspi+pi0的衰变分支比，研究了Ds+->Kspi+pi0衰变的共振过程。在此基础上，结合当前粲物理重点的研究方向和国际味物理实验的实际需求，本项目还完成了中性D介子衰变至Ks/Lpi+pi-过程的强相位差参数的研究工作，并首次将CKM 相角gamma/phi3的主导系统误差降低至约1度，基本满足精确检验标准模型的精度要求。..本项目依托北京谱仪III实验，共完成和发表物理文章６篇，其中发表在理论物理顶级学术期刊《Physical Review Letters》上两篇。在粲介子半轻衰变研究方面，本项目完成的研究工作极大了提升了已有衰变分支比测量精度，为检验和发展当前多种理论模型的计算提供了亟需的实验数据，检验了格点QCD的理论预言。本项目完成的强相位差研究工作为高能区的LHCb/Belle II实验精确测定CKM相角gamma提供了亟需的的实验数据，为高能味物理实验精确的检验CKM幺正三角形的封闭性和寻找超出标准模型的新物理做出了重要贡献。