Các nhà vật lý tại thí nghiệm LHCb của CERN đã tìm thấy bằng chứng đầu tiên về một phân rã hạt xảy ra khoảng một lần trong mỗi 10 tỷ trường hợp, khép lại một cuộc tìm kiếm bắt đầu từ năm 1984.
Một cây kim trong 10 tỷ đống cỏ khô
Phân rã này được viết là B0 thành hai muon: một meson B0, hạt sống ngắn chứa một quark đẹp, biến thành một cặp muon, những người anh em nặng hơn của electron. Mô hình Chuẩn dự đoán điều này nên xảy ra khoảng một lần trong 10 tỷ phân rã B0.
Thí nghiệm CLEO đã đặt giới hạn trên đầu tiên về tốc độ này vào năm 1984. Nhiều thế hệ máy dò đã tìm kiếm kể từ đó. Các quark đẹp được tạo ra với số lượng khổng lồ trong các va chạm tại LHC nhưng chỉ tồn tại khoảng 1,5 phần nghìn tỷ giây, nên tín hiệu phải được tách ra khỏi một nền nhiễu khổng lồ.
Ba sigma, không phải năm
Kết quả có độ tin cậy thống kê 3,2 sigma. Đó được tính là bằng chứng nhưng chưa đạt mức năm sigma mà vật lý hạt yêu cầu trước khi gọi một điều gì đó là phát hiện.
Chỉ trong dữ liệu mới, nhóm nghiên cứu đo được tỷ lệ phân nhánh khoảng 1,26 trên 10 tỷ phân rã, với độ bất định thống kê khoảng 0,5. Nhóm hợp tác cũng báo cáo các phép đo cải thiện về phân rã liên quan B0s thành hai muon. Bài báo đang được in tại Physical Review X.
Vì sao điều này quan trọng
Các phân rã hiếm rất nhạy với những hạt chưa ai từng thấy. Vật lý mới tương tác với quark đẹp sẽ làm lệch tốc độ khỏi dự đoán của Mô hình Chuẩn. Đến nay phép đo phù hợp với dự đoán, điều này tự nó đã hữu ích: nó giới hạn các mô hình từng kỳ vọng một hiệu ứng lớn hơn.
Một thành viên của nhóm hợp tác mô tả độ chính xác này là đang gõ cửa Vũ trụ Zepto. Thêm dữ liệu từ nâng cấp LHC Độ sáng Cao sẽ đẩy phép đo vượt mức năm sigma và thu hẹp các thanh sai số.
Kết quả cũng cho thấy lĩnh vực này đã tiến xa đến đâu kể từ khi cuộc tìm kiếm bắt đầu. Năm 1984, câu hỏi là liệu một phân rã như vậy có tồn tại hay không. Giờ đây câu hỏi là liệu tốc độ của nó có khớp với lý thuyết đến chữ số thập phân thứ hai hay không, đó là nơi dấu hiệu của các hạt mới sẽ xuất hiện.