核心挑战标准模型的兴趣新结果

粒子物理的标准模型目前提供了我们对基本粒子及其相互作用的最好描述。欧洲核子研究中心的新结果LHCB.大型强子对撞机的合作表明,粒子的行为并不符合标准模型。

LHCb探测器中的B0介子衰变为K0和电子-正电子对,该探测器用于灵敏测试标准模型中的轻子普适性。图片来源:欧洲核子研究中心。

B的衰变0把介子变成K0以及LHCb探测器中的电子-正电子对,用于灵敏测试标准模型中的轻子通用性。图片来源:欧洲核子研究中心。

粒子物理学的标准模型为基本颗粒的性质和相互作用提供了精确的预测,这是自20世纪60年代模型成立以来的众多实验证实的。

然而,很明显,标准模型是不完整的。这个模型无法解释宇宙观察到的物质比反物质(宇宙中明显的暗物质含量)占主导地位,也无法解释粒子相互作用强度的模式。

因此,粒子物理学家一直在寻找“新物理学” - 可以解释标准模型的缺点的新颗粒和相互作用。

“当我们第一次看到结果时,我们真的很激动。我们的心跳确实快了一点,”伦敦帝国理工学院的物理学家、LHCb合作小组成员Mitesh Patel博士说。

“现在说这是否真的偏离了标准模型还为时过早,但潜在的影响是,这些结果是我在该领域20年来做的最令人兴奋的事情。”走了很长的路才走到这里。”

LHCb小组的测量比较了两种美夸克的衰变。

第一次衰变涉及电子,第二次是介子,另一种与电子相似的基本粒子,但大约重200倍。

电子和介子,再加上第三种粒子tau,都是轻子的类型,它们之间的区别被称为轻子的味道。

标准模型预测,涉及不同口种味道的衰减应采用相同的概率,称为Lepton风味普遍性的特征,通常通过衰减概率之间的比率来衡量。在颗粒物理学的标准模型中,该比例应非常接近一个。

新的结果表明了与标准模型预测的偏差:结果的统计显著性为3.1个标准差,这意味着数据与标准模型预测的匹配概率约为0.1%。

“如果轻子味道普遍性的违反被证实,它将需要一个新的物理过程,例如新的基本粒子或相互作用的存在,”克里斯·帕克斯教授说,他是曼彻斯特大学和欧洲核子研究中心的物理学家,同时也是LHCb合作的发言人。

“更多的相关过程的研究正在使用现有的LHCb数据进行。我们将很高兴地看到,它们是否会加强目前研究结果中有趣的暗示。”

今天所呈现的偏差与过去十年世界范围内LHCb和其他实验在类似过程中测量到的异常模式一致。

新的结果比之前的测量更精确地确定了衰变概率之间的比率,并且使用了迄今为止LHCb探测器收集到的所有数据。

剑桥大学卡文迪什实验室(Cavendish Laboratory)的物理学家、LHCb合作项目的成员保拉·阿尔瓦雷斯·卡特尔(Paula Alvarez Cartelle)博士说:“这些新结果提供了一些诱人的线索,表明存在一种新的基本粒子或力,它与这些不同类型的粒子以不同的方式相互作用。”

“我们所拥有的数据越多,这一结果就越强烈。这种测量是过去十年的一系列LHCB结果中最重要的,这似乎似乎排队 - 并且都可以指向共同的解释。“

“结果没有改变,但它们的不确定性减小了,增强了我们看到与标准模型可能差异的能力。”

“在自然界中发现一种新力是粒子物理学的圣杯,”布里斯托尔大学(University of Bristol)物理学家、LHCb合作项目成员康斯坦丁诺斯·佩特里迪斯(Konstantinos Petridis)博士补充说。

“我们目前对宇宙的成员的理解显着短暂 - 我们不知道有95%的宇宙制成或为什么物质与反物质之间存在这种巨大的不平衡。”

“一种新的基本力或粒子的发现,正如这些测量差异的证据所暗示的那样,可能为回答这些基本问题提供必要的突破。”

“这个结果肯定会让今天的物理学家心跳得更快一些,”卡文迪什实验室的物理学家、LHCb合作小组成员哈里·克利夫博士说。

“我们将迎来非常激动人心的几年,努力弄清楚我们是否终于看到了一些全新的东西。”

“现在是LHCb合作小组通过整理和分析更多的数据来进一步验证他们的结果,看看一些新现象的证据是否仍然存在。”

结果已提交在杂志自然物理

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r. aaij.。LHCb合作组()。2021.美-夸克衰变中轻子普遍性的检验。自然物理,已提交出版;arXiv: 2103.11769

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