CERN 确认超稀有粒子变换，暗示新物理学

在欧洲核子研究组织 （CERN） 的粒子对撞机中，一个罕见的事件正在诱人地将我们带到新物理学的边缘。

从多年的运行经验来看，所谓的NA62 实验中，英国伯明翰大学的粒子物理学家 Cristina Lazzeroni 和她的同事现在已经建立、实验观察并测量了带电 kaon 粒子衰变成带电 π 子和中微子-反中微子对的过程。研究人员在CERN 研讨会.

这是令人兴奋的事情。十多年来，该团队一直在不懈地追求这种非常特殊的衰减通道，因为它是所谓的“黄金”通道，这意味着它不仅非常罕见，而且被构成标准型号物理学。

这种稀有性和精度使其成为检测新物理学的高灵敏度量规。然而，只有通过收集涵盖无数粒子碰撞的大量数据，该团队才能确认他们的发现是准确的，根据著名的 '五西格玛' 统计确定性标准。

“这个困难的分析是出色团队合作的结果，我为这个新结果感到非常自豪，”Lazzeroni 说.

Kaons 由一个夸克和一个在强力下结合的不同夸克反粒子的组合组成，它们以物理学家描述为的相当独特的方式迅速衰变 '奇怪'.这个奇怪的特性使它们成为确定粒子通常应该如何表现的规则的得手工具。

如果你有合适的设备，kaons 的生产并不是特别困难。使用 CERN 的超级质子同步加速器，研究人员向静止的铍靶发射高能质子束。这会产生每秒约 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;它们在亿分之一秒内形成和衰变。因此，在次级光束中，kaon 衰变不断发生，通常会变成电子的超重表亲，称为 μ 子，以及中微子.

然而，每 1000 亿个 kaon 衰变中约有 13 个，结果是反中微子、中微子和由另一种夸克和反夸克组成的不稳定粒子，称为 π。

“Kaons 和 pions 是含有夸克的粒子。夸克有不同的类型（上、下、奇异、迷人、美丽、顶部）这一事实被称为味道，“Lazzerino 告诉 ScienceAlert。

“这种衰变的罕见性与这样一个事实有关，即其中存在由 Z 介导的夸克风味变化玻色子并产生一个 pion 和中微子.这只能通过一个相当复杂的过程来实现，因此它很罕见。

观察这个过程所需的 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，中微子很难被发现，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。

只是带电的 ϕ子，或“pi+”，就是针，在其他带电的 kaon （K+） 衰变的大海捞针中。

“我们想要丢弃的所有其他 K+ 衰变都称为背景，并且具有可检测的粒子。挑战在于检测都他们总是如此，因此当我们看到 K+ 到 pi+ 而不是其他任何东西时，我们确信我们没有丢失任何东西，这真的是信号，“Lazzerino 解释说。

这就是为什么当团队宣布他们在 2019 年取得的第一组成绩，他们并不完全处于他们所进行检测的统计确定性的五西格玛水平。现在，他们已经达到了这个门槛。

现在衰减通道已经建立，研究人员可以继续寻找可能表明新物理场的任何偏差。该团队观察到的 kaon 到 pion 和中微子/反中微子衰变的数量高于标准模型预测的每 1000 亿人中有 8.4 人，但它仍在不确定性参数范围内。

为了找到新的物理特性，需要观察衰变次数的更大偏差。

“这标准型号到目前为止，预测观测结果已经非常好了，但我们知道它肯定有缺点。就像它不包含暗物质，还有事情——反物质不平衡对于代表宇宙所需要的东西来说，是太小的数量级了。通常，我们期望出现新的物理场。它到底是什么，我们不得而知。但一般来说，我们预计会出现新的粒子（和力），“Lazzeroni 说。

“NA62 已经积累了更多的数据，并将持续三年。有了全部数据，我们将能够精确地确定它是否与标准模型一致。

多么令人兴奋。

该团队在CERN 研讨会.

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