热点关注:  
放射性同位素 粒子加速器 辐照杀菌 无损检测 高新核材 辐射成像 放射诊疗 辐射育种 食品辐照保鲜 废水辐照 X射线 中广核技 中国同辐

LHCb实验引发新思考 或有神秘力量影响美夸克的粒子衰变

2021-10-24 18:35     来源:cnBeta     大型强子对撞机欧洲核子研究中心
2020 年 3 月,欧洲核子研究中心(CERN)披露了可能存在打破标准模型的新式基本粒子和力。现在,剑桥卡文迪许实验室的物理学家们,通过进一步测量发现了类似的影响,或为物理学的新理论发展提供支撑。Harry Cliff 指出:“事实上,我们已经看到了相同的效果,着无疑增加了我们正处于发现新事物的边缘的几率”。


完全重建的 LHCb 事件,介子等粒子被以不同颜色显示。(来自:CERN)

据悉,标准模型描述了构成宇宙的所有已知粒子、以及它们之间的相互作用力。尽管科学家们已尽力开展所有实验,但物理学家深知当前理论不见得完备。

比如无法解释引力和大爆炸期间的物质时如何产生的,并且没有粒子能够解释为何暗物质是可观测宇宙的五倍。

长期以来,物理学家一直在努力找寻超出标准模型的物理现象,而 LHCb 事件有望揭开一小部分谜团。


位于 LHC-IP 8 的 LHCb 实验洞穴(图自:CERN)

SCI Tech Daily 指出,找寻新粒子和作用力的最佳方法之一,就是对被称作美夸克的粒子展开深入研究。

由于寿命短得让人难以置信(平均仅存在万亿分之一秒),它很容易在被观察到之前就转化或衰变成其它粒子。

好消息是,欧洲核子研究中心的巨型加速器 —— 大型强子对撞机(LHC)—— 每年都会产生数十亿个美夸克,并由专门建造的 LHCb 探测器来记录。


研究配图 - 1:匹配模型的质量分布(arXiv.org)

此外需要指出的是,美夸克的衰变方式,会受到未被发现的力或粒子的存在影响。

3 月份的时候,LHCb 的另一队物理学家发布的结果表明,美夸克衰变为介子的频率、低于它们较轻的表亲电子。

这点在标准模型中无法得到解释,因其对电子和 μ 子一视同仁。抛开电子的重量仅为 μ 子 1/200 这个事实,研究人员认为美夸克应该以相等的速率衰变成介子和电子。

然而 LHCb 的物理学家们发现,μ 子衰变的发生频率,仅为电子衰变的 85% 左右。


研究配图 - 2:另一匹配模型的质量分布(PDF)

鉴于 LHCb 结果与标准模型之间存在大约三个单位的实验误差(粒子物理学表述为 3 sigma),意味其可归咎于“统计侥幸”的可能性仅为千分之一左右。

假设结果是正确的,最有可能的解释是 —— 一种新力牵引着不同强度的电子和介子,且其正在干扰这些美夸克的衰变方式。

但要证实这一点,仍需借助更多数据来进一步减少实验误差。只有当结果达到 5 sigma 的阈值时 —— 即随机引发的可能性低于百万分之一 —— 它才会被粒子物理学家们所正视。


推荐阅读

新自然力量?CERN大型强子对撞机为新物理学带来诱人证据

大型强子对撞机(LHC)在3月份引发了全世界的兴奋,因为粒子物理学家报告了新物理学的诱人证据--可能是一种新的自然力量。现在,来自欧洲核子研究中心(CERN)巨大粒子对撞机的新结果(尚未经过同行评审)似乎正在进一步支持这一想法。 2021-10-27

欧洲核子研究中心的成果提升了新基本物理学的证据

2020年,LHCB实验提供的证据表明,一些粒子打破了标准模型的基本原则之一。这表明可能存在新的基本粒子和力量。 2021-10-26

镭核大小可影响同位素能级

一个国际研究小组首次测量了镭核的大小如何改变含有不同镭同位素的分子结构。这项研究使用了欧洲核子组织(CERN)放射性离子束设施——上线同位素质量分离器的激光和离子阱的组合。 2021-10-22

创造和研究放射性分子,推动核结构和基本对称性研究

一个国际团队对镭核的大小如何改变含有不同镭同位素的分子结构进行了世界上首次测量 。该研究在欧洲核子研究中心的同位素质量分离器在线放射性离子束设施中使用了激光和离子阱的组合。 2021-10-19

大型强子对撞机底夸克探测器成功安装光束管

今年夏天,LHCb(大型强子对撞机底夸克探测器)探测器重新安装了束管,标志着实验升级的新里程碑。 2021-10-19

阅读排行榜