Fysiker som arbetar med LHCb-experimentet vid CERN har hittat bevis för ett partikelsönderfall som är så sällsynt att det inträffar ungefär en gång på 10 miljarder sönderfall, vilket avslutar en sökning som har pågått i mer än 40 år.
Resultatet gäller en beauty-partikel – en kortlivad hadron som innehåller en bottenkvark – som produceras i högenergetiska protonkollisioner inne i Large Hadron Collider. Samarbetet rapporterade observationen denna vecka.
Varför ett sällsynt sönderfall är värt att jaga
Sällsynta sönderfall är användbara just för att de är sällsynta. I standardmodellen kan sannolikheten för ett givet sönderfall beräknas med hög precision. Om ett experiment mäter en frekvens som avviker från den förutsägelsen skulle gapet peka på partiklar eller krafter som ännu inte har observerats.
Att hitta sönderfallet i den förväntade takten är därför ett test på att den standardmässiga bilden håller i ett läge där den skulle kunna ha brustit. Det utesluter också en rad föreslagna modeller som förutsade en annan takt.
Hur mätningen gjordes
LHCb-detektorn är utformad för att identifiera partiklar som produceras i kollisioner mellan protoner och spåra deras banor över korta avstånd. Beauty-partiklar sönderfaller inne i detektorn inom en bråkdel av en nanosekund, så experimentet förlitar sig på exakt spårning och partikelidentifiering för att rekonstruera vad som producerades och hur det föll sönder.
Att skilja signalen från bakgrunden krävde analys av en mycket stor datamängd som samlats in under flera års drift. Samarbetet sade att resultatet stämmer överens med standardmodellen och att mätningen nu sätter snävare gränser för flera klasser av nya fysikmodeller.
Vad som händer härnäst
Large Hadron Collider går in i en period av uppgraderingar som syftar till att öka kollisionsfrekvensen och mängden registrerad data. Mer data kommer att göra det möjligt för LHCb att bekräfta observationen och mäta relaterade sönderfall med större precision.
Fysiker har länge förväntat sig att ny fysik, om den finns vid tillgängliga energier, skulle visa sig först i processer som är starkt undertryckta i standardmodellen. Hittills har dessa sökningar funnit överensstämmelse snarare än avvikelse, vilket i sig är ett resultat: det berättar för teoretikerna var nya partiklar inte kan gömma sig.