撼动新物理学的框架：CMS 合作报告了罕见 B⁰ 介子衰变的发现

Josiah · 发表于 2024-6-19 17:57:28

　　当你在生日收到礼物时，你可能会立即撕开包装纸，看看盒子里有什么。或者你可能喜欢检查盒子，根据它的形状、大小、重量或摇晃时发出的声音来猜测里面的东西。
　　当大型强子对撞机 (LHC) 的物理学家分析他们的数据集以寻找新物理现象（例如新粒子）时，他们通常采用两种不同的方法之一。他们要么直接搜索一种特定的新粒子，相当于立即撕掉包装纸，要么使用基于量子力学及其微妙奇迹的间接策略，类似于摇晃盒子并猜测里面是什么。
　　在波士顿举行的年度LHCP 会议上，CMS 合作项目报告了如何利用第二种方法在一种名为 B 0介子的粒子的罕见衰变中寻找新物理。
　　导致粒子衰变成更轻粒子的物理过程可能会受到新的未知粒子的影响，这些粒子可能太重，无法在大型强子对撞机上产生。这种影响可能会改变衰变过程，其改变方式可以测量，并与粒子物理学标准模型的预测进行比较。
　　就像摇晃装有生日礼物的盒子可以让你了解里面的东西一样，任何偏离标准模型预测的现象都可能为物理学家提供新物理学的线索。
　　B 0介子由一个底夸克和一个下夸克组成，衰变成一个 K* 0介子（包含一个奇夸克和一个下夸克）和两个μ子，这种方法尤其适合。这是因为它通过一种罕见的企鹅跃迁发生，这种跃迁对新重粒子的可能贡献高度敏感。
　　在新的研究中，CMS 团队利用其探测器在 2016 年至 2018 年（LHC 第二次运行期间）收集的所有数据来“震动”这个 B 0衰变“盒子”。这个盒子提供了许多寻找新物理学的方法。一种是称量盒子，即测量衰变发生的速率。另一种是取两个孪生盒子（例如，一个对应于衰变为两个μ子，另一个对应于衰变为两个电子），并检查它们的重量是否相同。
　　在这项新研究中，CMS 研究人员观察了盒子的形状，即他们研究了衰变中产生的粒子如何共享母体 B 0介子的能量，并测量了它们以何种角度相互飞离。然后，他们利用这些能量和角度确定了一组参数，并将结果与标准模型的两组预测进行了比较。
　　对于大多数参数，结果与这两组标准模型预测一致。然而，对于两个参数，即 P 5 ' 和 P 2，以及两个μ子的特定能量，结果与两个可用的预测不一致。总体而言，结果与之前 ATLAS、LHCb 和 Belle 实验的结果一致，同时提高了其精度。
　　不幸的是，有一种迷人而“淘气”的企鹅破坏了生日聚会：一种参与罕见企鹅转变的魅力夸克。这让标准模型的预测变得复杂，很难得出结论。为了取得进展，研究人员需要更好的预测、更多的数据和改进的分析技术。

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