CERNのLHCb実験の物理学者たちは、約100億回に1回起きる粒子崩壊の初の証拠を発見し、1984年に始まった探索に終止符を打った。
100億の干し草の山の中の針
崩壊はB0から2つのミューオンへの崩壊と記される。ビューティークォークを含む短命な粒子であるB0中間子が、電子の重い従兄弟であるミューオンの対に変わる。標準模型はこれがB0崩壊の約100億回に1回起きると予測する。
CLEO実験は1984年にこの頻度の最初の上限を設定した。それ以来、何世代もの検出器が探してきた。ビューティークォークはLHCの衝突で大量に生成されるが、約1.5兆分の1秒しか生き残らないため、信号は膨大な背景から引き出さねばならない。
5シグマではなく3シグマ
結果の統計的有意性は3.2シグマだ。これは証拠とみなされるが、素粒子物理学が発見と呼ぶ前に要求する5シグマには届かない。
新しいデータのみでは、チームは分岐比を100億回あたり約1.26と測定し、統計的不確かさは約0.5だった。共同研究は関連するB0sから2つのミューオンへの崩壊の改良測定も報告した。論文はPhysical Review Xに掲載予定である。
なぜ重要か
稀な崩壊は誰も見たことのない粒子に敏感だ。ビューティークォークと結合する新物理は、頻度を標準模型の予測からずらす。これまでのところ測定は予測と一致しており、それ自体が有用だ。より大きな効果を期待したモデルを制約する。
共同研究の一員は、この精度をゼプトバースの扉をノックするものと表現した。高輝度LHCへのアップグレードによるさらなるデータが、測定を5シグマ超へ押し上げ、誤差範囲を狭めるはずだ。
この結果は、探索が始まって以来この分野がどれだけ進んだかも示す。1984年にはそのような崩壊が存在するかどうかが問いだった。今はその頻度が理論と小数第2位まで一致するかが問いであり、そこに新粒子の兆候が現れる。