Fizycy z eksperymentu LHCb w CERN znaleźli pierwsze dowody na rozpad cząstki zachodzący mniej więcej raz na 10 miliardów przypadków, kończąc poszukiwania rozpoczęte w 1984 roku.
Igła w 10 miliardach stogów siana
Rozpad zapisuje się jako B0 na dwa miony: mezon B0, krótkożyjąca cząstka zawierająca kwark piękny, zamienia się w parę mionów, cięższych kuzynów elektronu. Model Standardowy przewiduje, że powinno to zachodzić około raz na 10 miliardów rozpadów B0.
Eksperyment CLEO ustalił pierwszą górną granicę tempa w 1984 roku. Od tego czasu szukały kolejne generacje detektorów. Kwarki piękne powstają w ogromnych liczbach w zderzeniach w LHC, ale żyją tylko około 1,5 bilionowej sekundy, więc sygnał trzeba wyłuskać z ogromnego tła.
Trzy sigma, nie pięć
Wynik ma istotność statystyczną 3,2 sigma. Liczy się to jako dowód, ale nie osiąga pięciu sigma, których fizyka cząstek wymaga, by ogłosić odkrycie.
W samych nowych danych zespół zmierzył frakcję rozgałęzienia na około 1,26 na 10 miliardów rozpadów, z niepewnością statystyczną około 0,5. Współpraca podała też ulepszone pomiary powiązanego rozpadu B0s na dwa miony. Praca jest w druku w „Physical Review X".
Dlaczego to ważne
Rzadkie rozpady są wrażliwe na cząstki, których nikt nie widział. Nowa fizyka sprzęgająca się z kwarkami pięknymi przesunęłaby tempo względem przewidywania Modelu Standardowego. Jak dotąd pomiar zgadza się z przewidywaniem, co samo w sobie jest użyteczne: ogranicza modele, które oczekiwały większego efektu.
Jeden z członków współpracy opisał precyzję jako pukanie do drzwi Zeptowszechświata. Więcej danych z modernizacji High-Luminosity LHC powinno popchnąć pomiar poza pięć sigma i zawęzić słupki błędu.
Wynik pokazuje też, jak daleko dziedzina zaszła od początku poszukiwań. W 1984 roku pytanie brzmiało, czy taki rozpad w ogóle istnieje. Teraz pytanie brzmi, czy jego tempo zgadza się z teorią do drugiego miejsca po przecinku — i właśnie tam pojawiłyby się ślady nowych cząstek.