4.2物理目标.docVIP

物理目标 粒子物理标准模型，尤其是弱电相互作用的成功已为以LEP为主的大量精确测量所确认。目前，人们一方面期望在更高能量下寻找新物理，另一方面则期望在对各物理量的精确测量中观察新物理存在的迹象。前者以目前正在运行的Tevatron和正在建造中的LHC为代表，而后者则以高亮度的粒子工厂代表—如工作在φ能区的DAφNE和工作在 Υ能区的KEKB和SLACB工厂φ能区物理为针对第二代下夸克s夸克的测量，Υ能区则针对第三代下夸克b夸克进行CP破坏的观测等。与之相对应，在τ-粲能区，针对第三代轻子τ和第二代上夸克粲夸克的专门的高亮度实验设备，虽然早在上个世纪80年代末就已提出，却由于种种原因迟迟未能实现。 标准模型的另一个重要组成部分—量子色动力学（QCD）在大动量转移下的计算已为大量的实验事实所检验，但它在低能区的推广则因为微扰论的不适用逐渐丧失了预言能力。尤其是对胶子球、混杂态的性质以及对相同能区的大量强子态的性质，理论上几乎没有定量的结论，这大大阻碍了人们对于低能强相互作用的认识。格点量子色动力学（LQCD）的发展，尤其是计算精度的进一步提高原则上将提供更多的理论预言，但同时，其计算的可靠性需要高精度实验数据的刻度。τ-粲能区粒子及衰变产物正处在LQCD计算起决定作用的能区，相应的物理研究将是非常必要的。 将现在运行在τ-粲能区的BESII/BEPC升级到BESIII/BEPCII，达到1033cm-2s-1的峰值亮度，无疑对该能区上述两个方面高精度的物理研究提供了，将有效地促进粒子物理的进一步发展。工作在τ-粲能区的BESIII将有可能在夸克和轻子两个方面对弱电理论进行精确的检验。CKM矩阵元的精确测量 由于参与弱相互作用的夸克不是质量本征态，导致在弱相互作用夸克本征态和质量本征态间存在着一个变换矩阵，它先由提出[1]，并由Kabayashi和Maskawa推广至三代夸克的情形[2]，称为CKM矩阵， 其中， 为弱相互作用本征态，而 为质量本征态，矩阵V满足 么正性。这个矩阵可由三个混合角和一个相角表示。作为标准模型的基本参数，上述矩阵中每个矩阵元均具有基础性的意义，它们保证了理论的完整性和有效性。 在与粲夸克有关的矩阵元中，由于Vcs和Vcd都直接与Ds或D的纯轻子衰变或半轻子衰变宽度有关，可以通过相应的测量将精度分别提高到1.6%和1.8%。Vcb的测量虽不能通过D或Ds的衰变直接测得，但考虑到它由B到D的衰变宽度测得，而受D标记中标记道分支比测量精度的影响[3]BESIII对于D衰变绝对分支比测量精度的提高结合B工厂的进一步测量和格点量子色动力学的共同努力可将Vcb的测量精度提高到3%。 在利用和的混合测量Vtd和Vts时，Bd和Bs的衰变常数fBd和fBs由于无法从实验上测量而需要理论的输入[4]，而理论计算最可靠的检验是利用对D和Ds的衰变常数fD和fDs 的测量和计算进行。BESIII上D和Ds的衰变常数可测量到2%或更高精度，利用这些结果刻度理论计算得到可靠的fBd和fBs，对提高Vtd和Vts的测量精度有很大的帮助。 由于CKM矩阵中只有四个未知量，在实验上对每个矩阵元都进行了高精度的测量后，可以检验CKM矩阵的么正性以及归一化特性，任何显著的与期望的偏离都预示着CKM矩阵是不完备的，从而表明新物理的存在。反之，如果所有的限制都能满足，可以由测量量中拟合出相应的混合角和相角，从而得到更高精度的矩阵元。由于Z0能区产生的τ+τ-事例的高探测效率和高纯度，在能区利用大分支比衰变道进行τ的物理研究系统误差可以得到更好的控制；而由于在B工厂中大量τ+τ-事例的积累，使得在(能区测量小分支比衰变过程和寻找破坏守恒律的过程有更大的优势。τ-粲能区处在τ+τ-能量阈，可以进行一些特殊的研究包括高精度的τ质量测量以在更高精度上检验轻子普适性以及近阈处τ+τ-之间相互作用的研究等。 轻子普适性是标准模型里的一个基本假定，目前已有利用τ的纯轻子衰变，半轻子衰变，π及μ的衰变等精确测量结果进行检验。在利用τ轻子衰变对轻子普适性的检验中，τ质量的误差目前已经与τ的寿命及分支比测量的误差处在同一水平上。因此，利用τ+τ-截面的阈扫描实验，将τ质量测量精度大大提高，达到0.1MeV的量级，对于轻子普适性在更高精度下的检验有重要贡献。 值得提出的是，上述测量中τ+τ-近阈处的截面已有Ο(α4)阶高精度的理论计算，考虑到初态辐射修正，末态库仑相互作用及真空极化的高精度计算，其精度已好于0.1%[5]，这保证了τ质量的测量精度。同时，在τ+τ-近阈附近高精度的截面测量也为检验NRQCD的计算提供了可能，从而对近阈处的τ+τ-间的相互作用有更好的了解。 由于τ-粲能区强相互作用的非微扰特性，使得目前在该能区的几乎所有理论