CERNのLHCb実験に取り組む物理学者らは、約100億回に1回しか起きないほどまれな粒子崩壊の証拠を発見し、40年以上続いてきた探索を終えた。
この結果は、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）内の高エネルギー陽子衝突で生成される、ボトムクォークを含む短寿命ハドロンであるビューティー粒子に関するものだ。共同研究チームは今週、観測を報告した。
まれな崩壊を追う価値
まれな崩壊は、まれであるからこそ有用だ。標準模型では、特定の崩壊の確率を高精度で計算できる。実験が測定した率が予測と異なれば、その差は未観測の粒子や力を示すことになる。
したがって、予想される率で崩壊を見つけることは、標準的な描像が崩れる可能性のある場所で生き残ることを確かめる試験となる。また、異なる率を予測した一連の提唱モデルを排除する。
測定の方法
LHCb検出器は、陽子衝突で生成される粒子を識別し、短距離での軌跡を追跡するよう設計されている。ビューティー粒子は1ナノ秒の何分の1かで検出器内で崩壊するため、実験は精密な飛跡追跡と粒子識別に頼り、何が生成され、どう崩壊したかを再構成する。
信号を背景から分離するには、数年にわたる運転で収集した非常に大規模なデータセットの解析が必要だった。共同研究チームは、結果が標準模型と一致し、測定が複数クラスの新物理モデルに厳しい制限を課すと述べた。
今後の展開
LHCは衝突頻度と記録データ量を増やすためのアップグレード期に入る。より多くのデータにより、LHCbは観測を確認し、関連する崩壊をより高精度で測定できるようになる。
物理学者らは長年、到達可能なエネルギーに新物理が存在するなら、標準模型で強く抑制される過程に最初に現れると予想してきた。これまでの探索は逸脱ではなく一致を発見しており、それ自体が結果だ。新粒子が隠れ得ない場所を理論家に示している。