LHCb研究了迄今为止观测到的最罕见的超子衰变

近日，LHCb合作组报告了超子Σ⁺→pμ⁺μ^-罕见衰变的观测结果。超子是一种包含三个夸克的粒子，类似于质子和中子，其中包括一个或多个奇异夸克。

已知粒子的罕见衰变是寻找超出粒子物理学标准模型(SM)物理学的有力工具。在标准模型中，Σ⁺→pμ⁺μ^-过程仅能通过“环状图”实现：不是直接发生衰变，而是需要在“环”中交换中间态，如下面的图(a)和(b)所示。

在量子场论中，此类过程发生的概率是所有可能在此环中交换的粒子(包括已知和未知的)的概率之和。这使得此类过程对新现象非常敏感。如果实验测量与理论计算之间存在差异，那么这可能是由某些未知粒子的贡献引起的。这些粒子可以在环中交换，也可以直接介导此衰变，与夸克相互作用然后衰变成一对μ子。在后一种情况下，如下面的图(c)所示，新粒子会在两个μ子的属性中留下痕迹。

费曼图(Feynman diagrams)展示了在标准模型下Σ⁺→pμ⁺μ^-衰变(图a和图b)以及带有新X⁰中间粒子的衰变(图c)。(图片来源：LHCb)

由于2005年HyperCP(E871)合作组在μ子对属性中观察到的某种结构迹象，对Σ⁺→pμ⁺μ^-衰变的研究尤为激动人心。然而，仅凭三个事件，这一结构远非定论，人们期待LHCb的研究能为此情况带来一些启示。

最终，LHCb的数据并没有在HyperCP所强调的双μ子质量区域中显示出任何显著的峰值结构，因此否定了这一迹象。不过，新的分析确实以高显著性观察到了这一衰变，并将随后进行衰变概率以及其他参数的精确测量，这将允许进一步搜索与标准模型预测之间的差异。