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在欧洲核子研究中心CERN的大型强子对撞机LHC重启之后已经有了一系列发现 , 科学家们对罕见粒子衰变过程的研究使其能够推断出存在无法直接产生的重粒子 , 包括未发现的粒子 。 科学家们预计 , 这些粒子的存在将超越标准模型 , 并有助于解释宇宙中的一些谜团 , 例如暗物质的存在、中微子的质量(最初被认为是无质量的难以捉摸的粒子)和宇宙中物质和反物质不对称性 。
其中一个过程是中性B介子罕见地衰变为μ子和反μ子对 , 它们两个是电子与其对应的反粒子配对的较重表亲 。 中性B介子有两种类型:B0介子由一个反夸克和一个下夸克组成 , 而对于Bs介子 , 下夸克被一个奇怪的夸克取代 。 如果没有新的粒子影响这些罕见的衰变 , 科学家们预测 , 每2.5亿个Bs介子中只有一个会衰变为μ子和反μ子对 , 对于B0介子来说 , 这个过程更为罕见 , 只有100亿分之一 。
【欧美科学家以高精度测量了稀有粒子衰变,以此寻找暗物质粒子】自20世纪80年代以来 , 科学家一直在寻找这些衰变的真实数据 。 直到最近 , 在对LHCb和CMS合作获得的数据进行的联合分析中 , 才报告了第一次对Bs到μ子衰变的观察 , 随后分别由ATLAS、CMS和LHCb实验证实 。 然而 , B0衰变仍然无法进行任何观察 。
利用大型强子对撞机的数据 , 欧洲核子研究中心发布了一项关于Bs介子衰变的衰变率和寿命的新研究 , 以及对B0衰变的新理论预测 。 在国际高能物理会议ICHEP上 , 科学家们解释说:“我们提出的这项新研究需要分析的非常多的数据 , 得益于先进的机器学习算法 , 这些算法从每秒数百万粒子碰撞产生的事件的压倒性数据洪流中找到罕见的衰变事件 。 结果显示 , Bs介子衰减为μ子-反介子对的信号非常清晰 , 衰减率测量的精度超过了其他实验中先前测量的精度 , 观察到的Bs衰减率为十亿分之3.8±0.4 , 其寿命测量值为1.8±0.2皮秒(一皮秒为万亿分之一秒) , 与标准模型预测的值非常接近 。 ”
至于B0衰变 , 虽然从这些结果中没有发现证据 , 但物理学家可以95%的统计置信度表示其衰变率小于50亿分之一 。 近年来 , 科学家们在其他罕见的B介子衰变中观察到了一些异常现象 , 理论预测与表明可能存在新粒子的数据之间存在差异 。 新结果比其他罕见衰变更接近理论预测 , 因此可以帮助科学家了解衰变的异常性质 。
罕见的B介子衰变继续引起科学家的极大兴趣 。 随着Bs介子到μ子衰变的高精度数据测量工作的完成 , 科学家们现在将目光投向了最终目标:B0衰变 。 由于大型强子对撞机第三次运行预计会产生大量数据集 , 他们希望第一眼看到这一极其罕见的过程 , 并了解更多令人费解的异常现象 。
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