BESIII-samarbetet har rapporterat de mest exakta mätningarna hittills av de relativa starkfasparametrarna i sönderfall av neutrala D-mesoner. Dessa resultat presenteras i två artiklar publicerade i tidskrifterna Fysiska granskningsbrev och Fysisk granskning D den 15 juni, respektive.

Parametrarna för stark fas, som är resultatet av växelverkan mellan hadroniska sluttillstånd, kan inte beräknas tillförlitligt i teorin och måste bestämmas experimentellt. De nya BESIII-resultaten återspeglar skillnaden mellan två starka faser av en D-meson som bildas av en charm (c) kvarg och en anti-up(u-bar) kvarg, i förhållande till dess antipartikel, D-bar meson, sönderfaller till samma slutliga tillstånd.

Bland dessa sluttillstånd, starkfasparametrarna i KSπ+π- är exceptionella, tillhandahålla viktiga indata vid bestämning av några av de grundläggande parametrarna i standardmodellen (SM) för partikelfysik. Framträdande exempel är vinkeln γ i enhetstriangeln som beskriver fasen av blandningen av den första och tredje familjen av kvarkarna, och blandningsparametrarna som beskriver oscillationerna mellan neutrala D- och D-stångsmesoner.

Dessutom, en precisionsmätning av γ ger ett riktmärke för tester av SM och kan användas som en sond för att söka efter bevis för fysik utöver den kända standardmodellen.

Under 2009 och 2010 CLEO vid Cornell Electron Storage Ring presenterade de första mätningarna av starkfasparametrarna genom att använda 0,82 fb-1 elektron-positronförintelsedata. Den begränsade precisionen hos dessa parametrar leder till en dominerande systematisk osäkerhet för mätningen av γ på cirka fyra grader.

Under nästa decennium, den statistiska osäkerheten för γ förväntas vara 1,5 grader eller mindre, vilket leder till mätningar där den totala precisionen kommer att begränsas av de starka fasingångarna. Därför har precisionsmätningar av starkfasparametrar hög prioritet och är kritiska för en rad γ-mätningar.

För närvarande, BESIII är den enda löpande maskinen som kan samla in data vid produktionströskeln för D ⁰ D ⁰ -bar mesonpar. Här, den producerade D ⁰ och D ⁰ -bar mesonpar produceras i ett kvantkorrelerat tillstånd, ger experimentell tillgång till den starka fasskillnaden. De nya resultaten använder 2,93 fb-1 data som samlats in med BESIII-detektorn.

För att bättre utnyttja data, BESIII-teamet utforskade flera metoder för att förbättra analysen genom att införliva mer hadroniska D-förfall för att öka statistiken, utvidga den partiella rekonstruktionen av händelser för att förbättra signaleffektiviteten, och ta hänsyn till effekterna av binmigrering för att minska möjliga avvikelser i resultaten. Dessa förbättringar är avgörande för att ge bättre precision och noggrannhet jämfört med tidigare mätningar.

Med hjälp av de nya BESIII-resultaten, den dominerande systematiska osäkerheten om värdet av γ kan reduceras till cirka en grad, vilket är ungefär en faktor tre mindre än vad som var möjligt med CLEO-mätningarna. Detta kommer att säkerställa att de förväntade statistiska förbättringarna av mätningarna av γ vid LHCb- och Belle II-experimenten under det kommande decenniet kommer att ha en djup inverkan på precisionstester av standardmodellen.