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Des physiciens ont pour la première fois décomposé une désintégration rare en ses étapes, comme on décompose une partition en notes.
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Lorsqu'une particule se désintègre, elle ne disparaît pas simplement : elle se transforme en tout un ensemble d'autres particules, et chaque transformation a son propre scénario. Les physiciens de la collaboration BESIII ont pour la première fois décomposé étape par étape la désintégration rare du méson D0 : il se transforme en deux kaons et deux pions. C'est comme si un magicien décomposait son tour en mouvements individuels des mains pour comprendre à quel moment le lapin apparaît.
Le méson D0 est une particule composée d'un quark charmé et d'un antiquark up. Elle vit moins d'un milliardième de seconde.
La voie de désintégration la plus fréquente s'est avérée être la suivante : d'abord, le D0 se transforme en une paire de particules éphémères K*(892) — on les appelle résonances car elles vivent encore moins longtemps et se désintègrent immédiatement en un kaon et un pion. Les physiciens ont mesuré que cette voie représente environ 0.279% de toutes les désintégrations du D0. Mais la découverte principale est la façon dont ces K*(892) se comportent. Il s'avère que leur rotation interne (spin) se combine le plus souvent comme si deux toupies tournaient dans le même plan mais en sens opposés. C'est ce qu'on appelle l'état d'onde S, et il domine.
La polarisation ici ne concerne pas la lumière des lunettes, mais la direction de rotation des particules. Une fraction de polarisation longitudinale de 0.468 signifie que dans près de la moitié des cas, les toupies tournent le long de la ligne de vol.
Ces décompositions aident à vérifier les calculs du modèle standard — la théorie qui décrit toutes les particules connues et leurs interactions. Si les mesures ne concordent pas avec les prédictions, ce serait un signe que quelque chose de nouveau participe à la désintégration, par exemple une particule inconnue. Pour l'instant, tout concorde, et c'est une bonne nouvelle : nous comprenons de plus en plus précisément comment est fait le monde microscopique.
An amplitude analysis of the singly Cabibbo-suppressed decay $$D^0 \to K^+ K^- \pi^0 \pi^0$$ is performed, for the first time, to determine the relative magnitudes and phases of different intermediate processes. The analysis uses $$e^+e^-$$ collision data collected with the BESIII detector at the center-of-mass energy 3.773~GeV corresponding to an integrated luminosity of 20.3 $$\rm fb^{-1}$$. The absolute branching fraction of $$D^0 \to K^+ K^- \pi^0 \pi^0$$ is measured to be \BF. The dominant intermediate process is $$D^0 \to K^{*}(892)^+K^{*}(892)^-$$, with a branching fraction of $$(2.79 \pm 0.13_{\rm{stat.}} \pm 0.11_{\rm{syst.}}) \times 10^{-3}$$. Amplitude analysis reveals that the $$D^0 \to K^{*}(892)^+K^{*}(892)^-$$ decay is S-wave dominant. The longitudinal polarization fraction of $$D^0 \to K^{*}(892)^+ K^{*}(892)^-$$ is measured to be $$0.468\pm0.046_{\rm{stat.}}\pm0.011_{\rm{syst.}}$$.
La particule D0 a été découverte en 1976, et depuis, ses désintégrations sont étudiées pour chercher une différence entre la matière et l'antimatière.
