D/Ds→η/η'μνμ半轻衰变分支比和强子形状因子的精确测量

Semi-leptonic decays of charm mesons are the ideal place to precisely measure the hadronic form factors、CKM matrix elements and test of lepton flavor universality. In this project, utilizing the D/Ds data samples collected at the BESIII detector, we will precisely measure the branching fractions and hadronic form factors for the four semi-muonic decays D/Ds→η/η'μνμ. The decays D+→η/η'μ+νμ will be the first measurements in the world, and our measurements will fill the vacancy in PDG. The previous BESIII measurements of Ds+→η/η' μ+νμ have large uncertainties as 0.5%, due to a small Ds data sample produced at the energy point 4.009GeV. In this project, using a much large Ds data samples produced at the energy regions 4.13-4.28GeV, we plan to precisely measure Ds+→η/η'μ+νμ and the uncertainties of the branching fractions can be reduced by 80%. Combining the four semi-muonic decays, we can accurately measure the D/Ds-η/η' form factors and η-η' mixing angle. In addition, using these results along with existing measurements of the semi-electronic decays D/Ds → η/η' e νe, we are able to perform a test of lepton flavor universality.

粲介子的半轻衰变是精确测量强子形状因子、CKM矩阵元和检验轻子普适性的理想场所。本项目拟利用BESIII实验上采集的D/Ds数据样本，精确测量四个半轻衰变过程D/Ds→η/η'μνμ的分支比和强子形状因子。其中D+→η/η'μ+νμ是世界上首次测量，有望填补PDG上实验结果空白。Ds+→η/η'μ+νμ的现有测量结果来自BESIII上4.009GeV能量点产生的小统计量Ds样本，分支比测量的绝对误差高达0.5%；本项目拟利用4.13-4.28GeV能量点产生的大统计量Ds样本，对Ds+→η/η'μ+νμ进行精确测量，有望将分支比的测量误差降低80%。结合这四个半轻衰变过程，我们可以精确测量D/Ds-η/η'的形状因子和η-η'的混合角。同时利用电子半轻衰变D/Ds→η/η'eνe的测量结果，对标准模型中的轻子普适性进行检验。

粲介子的半轻衰变是精确测量强子形状因子、CKM矩阵元和检验轻子普适性的理想场所。本项目利用BESIII实验上采集的D/Ds数据样本，精确测量半轻衰变过程的分支比和强子形状因子，取得的代表性成果有：1)世界上首次测量D+→ημνμ半轻衰变分支比和强子形状因子，分支比测量结果为(10.4±1.0±0.5)×10^-4，强子形状因子和CKM矩阵元的乘积为0.087±0.008±0.002，这一结果对于检验标准模型和刻度格点QCD具有非常重要的作用，成果发表在PRL124,231801(2020)；2)在国际上首次直接测量了D介子到十四个遍举η多体强子衰变的绝对分支比，填补了D介子被发现40多年以来的实验研究空白，为理解粲介子CP破坏机制提供了重要的实验信息，研究结果发表在PRL124,241803(2020)；3)世界上首次测量D0→ρ-μ+νμ缪子半轻衰变分支比和CKM矩阵元|Vcd|，结合电子半轻过程检验轻子普适性，研究结果发表在PRD104, L091103(2021)。项目还精确测量了十个D→KKππ多体遍举衰变过程的绝对分支比及其电荷共轭过程分支比的不对称性，未发现明显的CP破坏现象，结果发表在PRD102,052006(2020); 使用双标记方法测量了单卡比博压制强子衰变D+→ηπ0π+，D+→ηηπ+和D0→ηπ−π+的绝对分支比, 结果发表在PRD101,052009(2020);采用半轻衰变过程作为单标记衰变道，精确测量了D0→K-e+νe和D-→K0bare+νe半轻衰变过程的分支比，结果发表在PRD104, 052008(2021)；采用双标记方法精确测量了双卡比玻压制过程D+→K+π0π0和D+→K+π0η的分支比，结果发表在JHEP09,107(2022)；精确测量D介子衰变到多π末态过程的绝对分支比，并测量与对应的电荷共轭过程分支比的不对称性，结果发表在PRD106, 092005(2022)。项目执行期间共发表BESIII合作组论文8篇，培养研究生6人，另有多个相关的后续工作正在开展，项目的结余经费将用于本项目的后续研究。