Introduzione

La collaborazione BESIII ha riportato le misurazioni più precise mai ottenute sino ad oggi dei relativi parametri di fase forte nei decadimenti dei mesoni D neutri. Questi risultati sono presentati in due articoli pubblicati nelle riviste Physical Review Letters e Physical Review D rispettivamente il 15 giugno.

I nuovi risultati

I parametri della fase forte, che risultano dalle interazioni degli stati finali adronici, non possono essere calcolati in teoria in modo affidabile e devono essere determinati sperimentalmente. I nuovi risultati di BESIII riflettono la differenza di due fasi forti di un mesone D formato da un quark charm (c) e da un quark anti-up (u-bar), rispetto alla sua antiparticella, il mesone D-bar, che decade allo stesso stato finale.

Tra questi stati finali, i parametri di fase forte in K S π + π – sono eccezionali e forniscono un input chiave nella determinazione di alcuni dei parametri fondamentali del modello standard (SM) della fisica delle particelle. Esempi eclatanti sono l’angolo γ nel triangolo di unitarietà che descrive la fase di miscelazione della prima e della terza famiglia dei quark e i parametri di miscelazione che descrivono le oscillazioni tra i mesoni neutri D e D-bar.

Inoltre, una misura precisa delle γ fornisce un punto di riferimento per le prove dell’SM e può essere usata come sonda per cercare prove di fisica al di là del modello standard conosciuto.

Necessità di maggiore precisione

Nel 2009 e nel 2010, CLEO al Cornell Electron Storage Ring ha presentato le prime misurazioni dei parametri di fase forte utilizzando i dati di annichilimento elettrone-positrone di 0,82 fb-1. La limitata precisione di questi parametri si traduce in un’incertezza sistematica dominante per la misura di γ di circa quattro gradi.

Nel prossimo decennio, l’incertezza statistica delle γ dovrebbe essere di 1,5 gradi o meno, portando a misurazioni in cui la precisione complessiva sarà limitata dagli ingressi in fase forte. Pertanto le misurazioni di precisione dei parametri della fase forte hanno un’alta priorità e sono fondamentali per una serie di misure di γ.

Attualmente, BESIII è l’unica macchina in funzione che può raccogliere dati alla soglia di produzione delle coppie di mesoni D0 D0-bar. Qui, le coppie di mesoni D0 e D0 bar prodotte sono prodotte in uno stato correlato a livello quantistico, dando accesso sperimentale alla forte differenza di fase. I nuovi risultati fanno uso di 2,93 fb-1 dei dati raccolti con il rivelatore BESIII.

Ottimizzare i dati

Per utilizzare meglio i dati, il team BESIII ha esplorato diversi metodi per migliorare l’analisi incorporando più decadimenti adronici D per aumentare le statistiche, estendendo la ricostruzione parziale degli eventi per migliorare l’efficienza del segnale e tenendo conto degli effetti della migrazione dei bin per ridurre le possibili deviazioni dei risultati. Questi miglioramenti sono fondamentali per fornire una migliore precisione e accuratezza rispetto alle misurazioni precedenti.

Utilizzando i nuovi risultati BESIII, l’incertezza sistematica dominante sul valore di γ può essere ridotta di circa un grado, che è approssimativamente un fattore di tre più piccolo di quanto fosse possibile con le misure CLEO. Ciò garantirà che i miglioramenti statistici previsti nelle misurazioni di γ negli esperimenti LHCb e Belle II nel prossimo decennio avranno un profondo impatto sui test di precisione del modello standard.

Citazioni e Approfondimenti

  • BESIII Reports Most Precise Measurements of Strong-phase Parameters in D->KS/Lπ+π-, by Liu Jia – Chinese Academy of Sciences
  • M. Ablikim et al. Model-independent determination of the relative strong-phase difference between D0 and D¯0→KS,L0π+π− and its impact on the measurement of the CKM angle γ/ϕ3, Physical Review D (2020). DOI: 10.1103/PhysRevD.101.112002
  • M. Ablikim et al. Determination of Strong-Phase Parameters in D→KS,L0π+π−, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.241802