在欧洲核子研究中心的粒子对撞机中，一个罕见的事件正在让我们诱人地接近新物理学的边缘。
从多年的运行来看NA62实验英国伯明翰大学的粒子物理学家 Cristina Lazzeroni 和她的同事现已建立、实验观察并测量了带电 kaon 粒子衰变成带电介子和中微子-反中微子对的过程。研究人员在一次会议上展示了他们的发现欧洲核子研究中心研讨会。
这是令人兴奋的事情。十多年来，该团队一直不懈地追求这种非常特殊的衰变通道，因为它是所谓的“黄金”通道，这意味着它不仅极其罕见，而且可以通过复杂的数学很好地预测。组成物理学的。
这种稀有性和精确性使其成为检测新物理的高度灵敏的仪器。然而，只有通过收集涵盖无数粒子碰撞的大量数据，研究小组才能根据著名的“五西格玛' 统计确定性标准。
“这项困难的分析是出色的团队合作的结果，我对这个新结果感到非常自豪，”拉泽罗尼 说。
Kaons 由一个夸克和一个不同的夸克反粒子在强力作用下结合而成，它们以一种相当独特的方式迅速衰变，物理学家将其描述为“奇怪的'。这种奇怪的特性使它们成为确定粒子一般行为规则的便捷工具。
如果您有合适的设备，kaons 的生产并不是特别困难。研究人员利用欧洲核子研究组织的超级质子同步加速器，向静止的铍目标发射一束高能质子。这会每秒产生约 10 亿个粒子的次级光束，其中约 6% 是一种带电的 kaon。
Kaons 的寿命不长；它们的形成和衰变都在一亿分之一秒之内。因此，在次级束中，介子衰变不断发生，通常变成电子的超重表亲，称为μ子，以及。
然而，每 1000 亿个 kaon 衰变中，大约有 13 个会产生反中微子、中微子以及由另一种夸克和称为介子的反夸克组成的不稳定粒子。
“介子和介子是含有夸克的粒子。夸克有不同类型（上夸克、下夸克、奇夸克、魅力夸克、美夸克、顶夸克），这一事实被称为风味，”拉泽里诺告诉 ScienceAlert。
“这种衰变之所以罕见，是因为其中夸克味发生了变化，而这种变化是由 Z 介导的。并产生一个π介子并且。这只能通过相当复杂的过程才能实现，因此它很罕见。”
观察这一过程所需的 kaon 衰变量是天文数字，但这并不是所涉及挑战的结束。众所周知，中微子很难被探测到，并且几乎会立即与它们的反中微子伙伴一起湮灭。对于 NA62 实验，研究人员没有尝试检测中微子和反中微子对。
它只是带电的π介子，或“pi+”，就是针，位于其他带电的卡介子（K+）衰变的巨大大海堆中。
“我们想要丢弃的所有其他 K+ 衰变都称为背景，并且具有可检测到的粒子。挑战在于检测全部总是这样，所以当我们看到 K+ 到 pi+ 而没有其他东西时，我们确信我们没有丢失任何东西，这确实是信号，”Lazzerino 解释道。
这就是为什么当团队宣布，他们的检测统计确定性还没有达到 5 西格玛水平。现在，他们已经达到了这个门槛。
现在衰变通道已经建立，研究人员可以继续寻找可能表明新物理学的任何偏差。研究小组观察到的介子到介子以及中微子/反中微子衰变的数量高于标准模型预测每 1000 亿人中有 8.4 人，但仍处于不确定性参数之内。
为了发现新的物理现象，需要观察衰变次数的更高偏差。
“这到目前为止，我们已经很好地预测了观测结果，但我们知道它一定有缺陷。就像它不包含模型一样，而这件事——与代表宇宙所需的不平衡相比，其数量级太小了。一般来说，我们期望新物理学的出现。具体是什么，不得而知。但一般来说，我们预计会出现新的粒子（和力），”拉泽罗尼说。
“NA62已经积累了更多的数据，并将持续三年。有了全部数据，我们将能够更精确地确定它是否与标准模型一致。”
多么令人兴奋啊。
该团队已在CERN 研讨会。
