轻子普适性的新测试为“新物理学”提供了证据

2021-12-29 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:991 /
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欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHCb)合作的物理学家对轻子普遍性进行了新的测试,轻子普遍性是粒子物理标准模型的基本原则之一。这个原理说明标准模型处理三个带电轻子& # 8212;电子、μ子和taus & # 8212完全相同,除了质量不同。新的测量显示了与轻子普遍......

欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHCb)合作的物理学家对轻子普遍性进行了新的测试,轻子普遍性是粒子物理标准模型的基本原则之一。这个原理说明标准模型处理三个带电轻子& # 8212;电子、μ子和taus & # 8212完全相同,除了质量不同。新的测量显示了与轻子普遍性偏离的相同的相干模式,正如在LHCb合作的先前结果中看到的那样。

The decay of a B0 meson into a K0 and an electron-positron pair in the LHCb detector, which is used for a sensitive test of lepton universality in the Standard Model. Image credit: CERN.在LHCb探测器中B0介子衰变为K0和电子-正电子对,用于标准模型中轻子普适性的灵敏测试。影像学分:CERN。

标准模型描述了组成宇宙的所有已知粒子以及它们相互作用的力。

迄今为止,它已经通过了所有的实验测试,然而物理学家知道它一定是不完整的。

它不包括重力,也不能解释大爆炸期间物质是如何产生的。

它也不包含可以解释神秘暗物质的粒子。

因此,物理学家长期以来一直在寻找超越标准模型的物理迹象,这可能有助于我们解决其中一些谜团。

寻找新粒子和力的最好方法之一是研究被称为美丽夸克的粒子。

这些是构成每个原子核的上下夸克的奇异表亲。

美丽夸克并不大量存在于世界各地,因为它们的寿命非常短& # 8212;在转化或衰变为其他粒子之前,平均只能存活万亿分之一秒。

然而,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机每年都会产生数十亿个美丽的夸克,并由一个名为LHCb的特制探测器记录下来。

美夸克的衰变方式会受到未被发现的力或粒子的影响。

今年3月,LHCb合作组织发布的结果显示,证据表明美丽夸克衰变为称为μ子的粒子的频率低于它们较轻的同类电子。

这在标准模型中是不可能解释的,标准模型对电子和μ子一视同仁,除了电子比μ子轻大约200倍的事实。

因此,美丽的夸克应该以相等的速度衰变为μ子和电子。

相反,LHCb物理学家发现μ子衰变的发生频率只有电子衰变的85%左右。

LHCb结果和标准模型之间的差异大约是实验误差的三个单位,也就是粒子物理学中所说的“3西格玛”。这意味着这一结果只有千分之一的概率是由统计上的侥幸造成的。

假设结果是正确的,最有可能的解释是,一种新的力量在吸引不同强度的电子和μ子,它正在干扰这些美丽的夸克如何衰变。然而,为了确定效果是否真实,需要更多的数据来减少实验误差。

只有当一个结果达到“5西格玛”阈值时,当它不到百万分之一的概率是由于随机机会时,粒子物理学家才会开始认为它是一个真正的发现。

“事实上,我们已经看到了与我们的同事在3月份看到的效果相同的效果,这无疑增加了我们真正发现新事物的可能性。很高兴能进一步揭示这个谜题,”卡文迪许实验室的物理学家哈里·克利夫博士说。

新的结果检验了两个新的美夸克衰变,这两个衰变来自上一个结果中使用的同一个衰变家族。

研究小组发现了同样的效果& # 8212;μ子衰变的发生频率只有电子衰变的70%左右。

同样来自卡文迪什实验室的瓦尔·吉布森教授说:“大型强子对撞机的兴奋感与日俱增,因为升级后的LHCb探测器即将开启,收集到的进一步数据将提供必要的统计数据来证明或反驳一项重大发现。”。

该团队的论文将发表在《物理评论快报》杂志上。

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R.Aaij等人(LHCb协作)。2021.用B0→K0Sℓ+ℓ−和B+→K∗+ℓ+ℓ−衰变检验轻子的普遍性。列特博士,出版中;arXiv: 2110.09501


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