近日，北京譜儀III(BESIII)合作組完成了當前國際上最精確的中性D介子衰變到強子末態KS/Lπ+π- 的強相差實驗測量，相關研究成果已于6月15日在線發表在《Physical Review Letters》和《Physical Review D》上。
強相位產生于衰變末態強子之間的相互作用，它不能通過理論計算得到可靠的結果，只能通過實驗測量得到。BESIII文章報告的強相差反映了中性D介子和它的反粒子同時衰變到相同強子過程所產生的強相位的差值。在所有可能的強子末態中，KS/Lπ+π- 的強相差是當前國際上最關心的參數，因為它能夠為測量粒子物理標準模型理論中的其他重要基本參數提供關鍵和亟需的實驗輸入。這些重要基本參數包含(但不限于)描述第一代夸克家族和第三代夸克家族混合的CKM相位角γ和描述中性D介子和它的反粒子振蕩的混合參數等。此外，通過精確測量CKM相角γ能夠為檢驗粒子物理的標準模型理論提供一個直接標度，進而為尋找超出標準模型理論的新物理提供一個重要的實驗探針。
在2009和2010年，克利奧實驗(CLEO)通過分析0.82/fb正負電子湮滅的實驗數據首次測量了該強相差參數。然而受限于CLEO實驗的數據樣本，由此強相差參數引入的γ測量的系統誤差大約為4度，是主導的系統誤差來源。預計到2030年，γ的統計誤差預期可以降低至大約1.5度甚至更小的水平。在此情況下，γ的測量精度將由強相差參數引入的系統誤差主導。因此，將γ的測量精度降低至1度甚至更低水平是當前和今后高能味物理實驗的重要目標，一直以來備受國際味物理同行專家的廣泛關注。
運行在北京正負電子對撞機上的BESIII探測器是國際上唯一正在運行的、能夠精確測量強相差參數的大科學實驗裝置。在質心系能量3.773 GeV處，來自ψ(3770)衰變產生的中性D介子和它的反粒子由于其波函數反對稱從而具備了量子關聯特性，為BESIII實驗開展強相差研究工作提供了實驗測量基礎。為了最大限度地挖掘BESIII實驗數據的潛力，分析團隊通過多種方法改進數據分析技術，引入更多的單標記衰變過程以增加信號的統計量、拓展部分重建分析技術以提高信號過程的探測效率、首次在測量中修正區間遷移效應的影響以降低測量值與真實值之間的偏離等。
對比之前的CLEO實驗，BESIII實驗在數據分析中的這些改進工作對提高強相差參數的實驗測量精度起到了重要作用，并獲得了當前國際上實驗測量精度最高的中性D介子及其反粒子衰變到KS/Lπ+π- 的強相差參數。利用BESIII的強相差參數測量值作為輸入，預期可以將γ的主導系統誤差首次降低至約1度甚至更低的水平。在未來10年內，BESIII合作組精確測量的強相差參數可以確保大型強子對撞機底夸克實驗(LHCb)和貝爾II(Belle II)實驗上的γ測量精度不受強相差輸入精度的限制。此外，BESIII的強相差測量工作也對味物理實驗中正在開展的一系列γ測量工作及相關的其它實驗測量有著深遠的影響。
BESIII合作組論文：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.241802
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.101.112002
BESIII測量結果(紅色帶誤差棒的點)、CLEO實驗結果(綠色帶誤差棒的方框)和BaBar&Belle 2018理論預期值(黑色空心圓)的對比。其中左側，居中和右側圖分別是 "Equal ΔδD"，"Optimal" 和 "Modified Optimal" 分區間情況下得到的結果;圓圈代表了測量參數的物理邊界c2i+s2i=1。
