稀有带电π介子衰变的实验研究

简单的动力学、有限的可用衰变道以及极其受控的辐射和圈图修正，使得带电π介子衰变成为检验基础对称性和弱费米子耦合普适性，以及增进我们对π介子结构和手征动力学理解的敏感手段。本文综述了带电π介子允许稀有衰变的实验研究现状：(a) 轻子衰变，$\pi^+ \to e^+\nu_e$，或 $\pi_{e2}$；(b) 辐射衰变，$\pi^+ \to e^+\nu_e\gamma$，或 $\pi_{e2\gamma}$，以及 $\pi^+ \to e^+\nu_e e^+e^-$，或 $\pi_{e2ee}$；(c) 半轻子衰变，$\pi^+\to \pi^0 e^+ \nu$，或 $\pi_{e3}$。综合来看，组合数据集呈现出一幅内部自洽的图像，且与标准模型预测吻合良好。内部自洽性通过本工作从 PIBETA 对 $\pi_{e3}$ 衰变的测量及当前最佳的 CKM 矩阵元 $V_{ud}$ 值中提取的 $\pi_{e2}$ 分支比 $(R_{e/\mu}^\pi)^{\rm PIBETA} = (1.2366 \pm 0.0064) \times 10^{-4}$ 得到了很好的说明。然而，即使经过近几十年的巨大进步，上述所有过程的实验精度仍远远落后于理论描述。我们回顾了当前知识状态的启示以及近期进一步改进的前景。