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LHCb首次发现每100亿个美粒子才发生一次的衰变证据

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酝酿四十年的信号

欧洲核子研究中心LHCb实验的物理学家报告了理论预测约每100亿个美粒子发生一次的衰变的首个证据。这一结果来自大型强子对撞机升级后的探测器,此前已进行了四十多年的搜寻。

该过程被称为Bd→μμ:一个含有美夸克的中性粒子衰变为两个μ子,即电子的较重亲属。测量达到3.2西格玛的统计显著性,足以称为证据,但未达到粒子物理学认定发现所需的5西格玛。

稀有衰变为何重要

美夸克在对撞中以大量产生,寿命约为1.5万亿分之一秒。衰变越稀有,对在对撞机中无法直接产生的重粒子就越敏感,因为这些粒子可能改变衰变发生的频率。

测得的速率与标准模型——当前对基本粒子的描述——相符。这种相符本身就有用:它缩小了这一通道中未知物理学的空间,并为理论家提供了未来数据的更清晰基准。

探测仄米世界

升级后的LHCb是一个涉及约1900名研究人员的15年项目,数据收集速度可达此前的五倍。一个名为顶点定位器的英国制造硅像素探测器距束流仅5毫米,可精确定位粒子产生和衰变的位置。

曼彻斯特大学的克里斯·帕克斯领导了该合作组的升级工作,他将这一概率比作在地球所有人中找到初次约会就完美匹配的对象。副物理协调员康纳·菲茨帕特里克称该衰变是发现新物理的黄金通道。

该合作组预计到2030年代初将获得大得多的数据集,进一步升级可能将收集率提高十倍。这将把测量推向仄米——十亿分之一的万亿分之一米——物理学家希望在那里找到标准模型未描述的粒子和力。

来源: University of Manchester