40年越しのシグナル
CERNのLHCb実験の物理学者たちは、理論上ビューティ粒子約100億個に1回起きるとされる崩壊の初の証拠を報告した。大型ハドロン衝突型加速器の改良型検出器によるこの結果は、40年以上前に始まった探索の末にもたらされた。
この過程はBd→μμとして知られる。ビューティクォークを含む中性粒子が、電子のより重い親戚である2つのミューオンに崩壊するものだ。測定は統計的有意度3.2シグマに達し、証拠と呼ぶには十分だが、素粒子物理学が発見に求める5シグマには届かない。
まれな崩壊が重要な理由
ビューティクォークは衝突で大量に生成され、約1.5兆分の1秒間存在する。崩壊がまれであるほど、加速器で直接生成できないほど重い粒子に敏感になり得る。そうした粒子は崩壊の頻度を変え得るからだ。
測定された頻度は、素粒子の現行の記述である標準模型と一致する。この一致自体が有用だ。このチャネルで未知の物理が入り込む余地を狭め、理論家に将来のデータのためのより鋭い基準を与える。
ゼプトの世界を探る
改良されたLHCbは、約1900人の研究者が関わる15年のプロジェクトで、以前より最大5倍速くデータを収集できる。英国製のシリコンピクセル検出器「Vertex Locator」はビームから5ミリの位置にあり、粒子が生成され崩壊する場所を特定する。
改良を通じて共同研究を率いたマンチェスター大学のクリス・パークス氏は、その確率を地球上の全員の中から初デートで完璧な相手を見つけるようなものだと例えた。物理学調整副責任者のコナー・フィッツパトリック氏は、この崩壊を新物理を見つけるための黄金のチャネルと呼んだ。
共同研究チームは2030年代初頭までにはるかに大きなデータセットを期待しており、さらなる改良で収集率を10倍に高められる可能性がある。それにより測定はゼプトメートル、すなわち1メートルの1兆分の10億分の1の世界へと進み、物理学者たちは標準模型が記述しない粒子や力を発見できると期待している。