乔治·奥威尔在《动物农场》的结尾留下了那句讽刺意味十足的名言:“All animals are equal, but some animals are more equal than others” 。在物理学的标准模型里,e、μ和τ三种轻子也应该是“平等的”——它们和自然界的基本相互作用方式完全一致,唯一的区别只是质量,这个规律被称为 “轻子味普适性”。近年来,一些B介子半轻子衰变实验(比如b → cτv 和b → svv相关结果)显示,τ轻子的出现频率略高于标准模型预测,这暗示:也许某些轻子正在“享受特殊待遇”。如果真是这样,那就意味着存在“超越标准模型的新物理”。
日本超级B介子工厂的Belle及Belle II实验近十年内采集了超一亿对B介子对,是目前国际上B物理研究的主要场所。宋维民教授团队的刘美宏博士,联合法国国家科学研究中心CNRS研究员Karim Trabelsi等合作者,近日在Physical Review Letters发表成果,首次搜索了B0 → Ks0 τ l(l = e, μ)这一典型的轻子味破坏(Lepton Flavor Violation, LFV)过程。在这个过程中,一个B介子同时产生了τ和另一种轻子(e或μ),意味着轻子味发生了变化。这不仅是全球首次针对该过程的实验研究,也是 Belle II 数据首次被直接用于B介子 LFV 搜索,展示了这一新一代实验在探索新物理中的潜力;研究选择了信号极其纯净的Ks0 →ππ 衰变过程,凸显出 Belle 与 Belle II 相比强子对撞机实验的独特优势;同时,开发机器学习分类器来抑制τ→ρ(→ππ0)v衰变中的光子本底,让这一最主要的τ衰变过程首次、并高效地在在B→Kτl 分析中利用,大幅提升了分析灵敏度。B0 → Ks0 τ e的结果是迄今为止世界最严格的限制,B0 → Ks0 τ μ的结果也已经达到国际领先水平。
按照Belle II国际合作组的规定,文章作者按照姓氏字母排序,刘美宏博士为此项工作的实际第一作者及论文投稿者。
DOI: //doi.org/10.1103/yzvh-v3hm [Phys. Rev. Lett. 135, 041801]