Fysiker vid CERN:s LHCb-experiment har hittat de första bevisen för en partikelsönderfall som inträffar ungefär en gång på varje 10 miljarder fall, vilket avslutar en sökning som började 1984.
En nål i 10 miljarder höstackar
Sönderfallet skrivs B0 till två myoner: en B0-meson, en kortlivad partikel som innehåller en beauty-kvark, förvandlas till ett par myoner, elektronens tyngre kusiner. Standardmodellen förutspår att detta ska ske ungefär en gång på 10 miljarder B0-sönderfall.
CLEO-experimentet satte den första övre gränsen för frekvensen 1984. Generationer av detektorer har letat sedan dess. Beauty-kvarkar produceras i enorma mängder i LHC-kollisioner men överlever bara cirka 1,5 biljondels sekund, så signalen måste dras ut ur en enorm bakgrund.
Tre sigma, inte fem
Resultatet har en statistisk signifikans på 3,2 sigma. Det räknas som bevis men når inte upp till de fem sigma som partikelfysiken kräver innan man kallar något en upptäckt.
Enbart i de nya data uppmätte teamet förgreningsfraktionen till cirka 1,26 per 10 miljarder sönderfall, med en statistisk osäkerhet på ungefär 0,5. Kollaborationen rapporterade också förbättrade mätningar av det relaterade sönderfallet B0s till två myoner. Artikeln är under utgivning i Physical Review X.
Varför det spelar roll
Sällsynta sönderfall är känsliga för partiklar som ingen har sett. Ny fysik som kopplar till beauty-kvarkar skulle förskjuta frekvensen bort från Standardmodellens förutsägelse. Hittills stämmer mätningen med förutsägelsen, vilket är användbart i sig: det begränsar modeller som förväntade sig en större effekt.
En medlem av kollaborationen beskrev precisionen som att knacka på dörren till Zeptoverse. Mer data från High-Luminosity LHC-uppgraderingen bör driva mätningen förbi fem sigma och minska felstaplarna.
Resultatet visar också hur långt fältet har kommit sedan sökningen började. 1984 var frågan huruvida ett sådant sönderfall överhuvudtaget existerade. Nu är frågan huruvida dess frekvens matchar teorin till andra decimalen, vilket är där tecken på nya partiklar skulle visa sig.