D介子半轻子衰变D→Kμ+vμ和D→πμ+vμ的精密实验研究

The BESIII/BEPCII had collected a data sample of 2.9 fb-1 at the center-of-mass energy of 3.773 GeV. Based on this data sample, we will do the following works: (1) search for D+→π0μ+vμ,and measure the decay branching fraction for the first time in the world，(2) precisely measure the braching fractions for D0→K-μ+vμ，D0→π-μ+vμ and D+→anti-K0 μ+vμ, (3) precisely measure the ratios of the partial decay widths of Γ(D0→K-μ+vμ)/Γ(D+→anti-K0 μ+vμ) andΓ(D0→π-μ+vμ)/Γ(D+→π0μ+vμ), (4) precisely study the relationship of the form factors fK+(q2) and fπ+(q2) of the semileptonic dedcays of D meons and the squared four-momentum transfer q2, and determine the CKM matrix elements ｜Vcs｜ and ｜Vcd｜. These precise measurements are very important for testing the isospin conservation in the semi-muonic decays of D mesons, testing on the unitary of the CKM matrix, and calibrating the theoretical expectation on the form factors in the semileptonic decays of D mesons.

北京谱仪III在北京正负电子对撞机II e+e-对撞质心系能量3.773 GeV处采集了2.9 fb-1积分亮度的数据。本项目计划利用这些数据，开展以下研究工作：(1) 寻找D+→π0μ+vμ，并在国际上首次测出其衰变分支比；(2) 精密地测定D0→K-μ+vμ，D0→π-μ+vμ，D+→anti-K0 μ+vμ的分支比；(3) 精密地测定衰变分宽度之比Γ(D0→K-μ+vμ)/Γ(D+→anti-K0 μ+vμ)和Γ(D0→π-μ+vμ)/Γ(D+→π0μ+vμ)；(4) 研究D介子半轻子衰变的形状因子fK+(q2)和fπ+(q2)与四动量转移平方q2的关系，并测定CKM矩阵元｜Vcs｜和｜Vcd｜。这些实验结果对检验D介子μ半轻子衰变中的同位旋守恒、精密地检验CKM矩阵的幺正性、刻度D介子半轻子衰变的形状因子的理论计算都有重要意义。

在本项目开展之前，D介子μ半轻衰变研究比电子半轻衰变严重滞后。本项目分析BESIII在3.773GeV采集的2.93 fb-1数据，开展了半轻子衰变D→Kl+v和D→πl+v相关的多项研究并取得以下成果。1:改进测定分支比B(D+→K0bμ+v)=(8.72±0.07±0.18)%，B(D+→K0bμ+v)/B(D+→K0b e+v)=0.988±0.033和Γ(D0→K-μ+v)/Γ(D+→K0bμ+v)=0.963±0.044。2:首次使用K0b→π0π0测定B(D+→K0b e+v)=(8.59±0.14±0.21)%，Γ(D0→K-e+v)/Γ(D+→K0b e+v)=0.969±0.025。3:首次测出B(D+→π0μ+v)=(0.334±0.011±0.011)%，改进测定B(D0→π-μ+v)=(0.265±0.007±0.010)%，进而测得B(D0→π-μ+v)/B(D0→π-e+v)=0.911±0.043和B(D+→π0μ+v)/B(D+→π0e+v)=0.899±0.047。4:发展了一套综合分析方法，首次实现综合分析各高能物理实验组关于半轻子衰变D→K(π)l+v和纯轻子衰变D(s)+→l+v的微分跃迁率、分支比、衰变形状因子，提取出CKM矩阵元|Vcs(d)|=0.983±0.011(0.2157±0.0045)、形状因子fK(π)+(0)=0.734±0.004±0.000(0.634±0.012±0.002)。5:改进测定B(D0→K-μ+v)=(3.412±0.019±0.035)%，其不对称性为-0.0008±0.0055±0.0062，B(D0→K-μ+v)/B(D0→K-e+v)=0.964±0.014，分析微分跃迁率测定fK+(0)|Vcs|=0.7117±0.0039±0.0032，进而获得fK+(0)=0.7311±0.0040±0.0033和|Vcs|=0.9527±0.0052±0.0043±0.00237。这些实验结果对检验D介子半轻衰变的轻子普适性和同位旋守恒、CKM矩阵的幺正性和刻度格点QCD对fK(π)+(0)的理论计算有重要意义。项目组成员还根据国际粲物理研究热点，完成了ψ(3770)→γχC0、D0(+)→2KS0X和Λc+→nKSπ+分支比的测量工作，为探讨粲偶素和粲强子衰变机制提供了重要数据。