在歐洲核子研究中心的粒子對撞機中，一個罕見的事件正在讓我們誘人地接近新物理學的邊緣。
從多年的運行來看NA62實驗英國伯明翰大學的粒子物理學家 Cristina Lazzeroni 和她的同事現已建立、實驗觀察並測量了帶電 kaon 粒子衰變成帶電介子和中微子-反中微子對的過程。研究人員在一次會議上展示了他們的發現歐洲核子研究中心研討會。
這是令人興奮的事。十多年來，該團隊一直不懈地追求這種非常特殊的衰變通道，因為它是所謂的“黃金”通道，這意味著它不僅極其罕見，而且可以通過複雜的數學很好地預測。物理學的。
這種稀有性和精確性使其成為檢測新物理的高度靈敏的儀器。然而，只有透過收集涵蓋無數粒子碰撞的大量數據，研究小組才能根據著名的“五西格瑪' 統計確定性標準。
“這項困難的分析是出色的團隊合作的結果，我對這個新結果感到非常自豪，”拉澤羅尼 說。
Kaons 由一個夸克和一個不同的夸克反粒子在強力作用下結合而成，它們以相當獨特的方式迅速衰變，物理學家將其描述為“奇怪的'。這種奇怪的特性使它們成為決定粒子一般行為規則的便捷工具。
如果您有合適的設備，kaons 的生產並不是特別困難。研究人員利用歐洲核子研究組織的超級質子同步加速器，向靜止的鈹目標發射一束高能質子。這會每秒產生約 10 億個粒子的次級光束，其中約 6% 是一種帶電的 kaon。
Kaons 的壽命不長；它們的形成和衰變都在一億分之一秒之內。因此，在次級束中，介子衰變不斷發生，通常變成電子的超重表親，稱為μ子，以及中微子。
然而，每 1000 億個 kaon 衰變中，大約有 13 個會產生反中微子、中微子以及由另一種夸克和稱為介子的反夸克組成的不穩定粒子。
「介子和介子是含有夸克的粒子。夸克有不同類型（上夸克、下夸克、奇夸克、魅力夸克、美夸克、頂夸克），這一事實被稱為風味，」拉澤裡諾告訴 ScienceAlert。
「這種衰變之所以罕見，是因為其中夸克味發生了變化，而這種變化是由 Z 介導的。玻色子並產生一個π介子並且中微子。這只能透過相當複雜的過程才能實現，因此它很罕見。
觀察這個過程所需的 kaon 衰變數是天文數字，但這並不是涉及挑戰的結束。眾所周知，中微子很難被偵測到，並且幾乎會立即與它們的反中微子夥伴一起湮滅。對於 NA62 實驗，研究人員沒有嘗試檢測中微子和反中微子對。
它只是帶電的π介子，或“pi+”，就是針，位於其他帶電的卡介子（K+）衰變的巨大大海堆中。
「我們想要丟棄的所有其他 K+ 衰變都稱為背景，並且具有可檢測到的粒子。挑戰在於檢測全部總是這樣，所以當我們看到 K+ 到 pi+ 而沒有其他東西時，我們確信我們沒有丟失任何東西，這確實是信號，」Lazzerino 解釋道。
這就是為什麼當團隊宣布，他們的檢測統計確定性還沒有達到 5 西格瑪水準。現在，他們已經達到了這個門檻。
現在衰變通道已經建立，研究人員可以繼續尋找可能表明新物理學的任何偏差。研究小組觀察到的介子到介子以及中微子/反中微子衰變的數量高於標準模型預測每 1000 億人中有 8.4 人，但仍處於不確定性參數之內。
為了發現新的物理現象，需要觀察衰變次數的更高偏差。
「這標準型號到目前為止，我們已經很好地預測了觀測結果，但我們知道它一定有缺陷。就像它不包含模型一樣暗物質，而這件事——反物質與代表宇宙所需的不平衡相比，其數量級太小了。一般來說，我們期望新物理學的出現。具體是什麼，不得而知。但一般來說，我們預計會出現新的粒子（和力），」拉澤羅尼說。
“NA62已經積累了更多的數據，並將持續三年。有了全部數據，我們將能夠更精確地確定它是否與標準模型一致。”
多麼令人興奮。
該團隊已在CERN 研討會。
