首次观测到极稀有粒子衰变可能揭示新物理学

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欧洲核子研究中心的科学家发现了一种极为稀有的粒子衰变过程，为探索超出我们对物质构成要素如何相互作用的理解的物理学开辟了一条新途径。
NA62 合作组在CERN EP 研讨会上展示了首次实验观测到的带电 K 介子衰变为带电 P 介子和中微子-反中微子对 (K + → π + νṽ)的极其罕见的衰变。
这是一种极其罕见的现象——粒子物理学的标准模型 (SM)解释了粒子如何相互作用，它预测每 100 亿个 K 介子中将只有不到一个会以这种方式衰变。NA62 实验是专门为测量这种 K 介子衰变而设计和建造的。
伯明翰大学粒子物理学教授克里斯蒂娜·拉泽罗尼表示：“通过这一测量，K + → π + νṽ 成为发现级别上最罕见的衰变——著名的 5 西格玛。这项艰难的分析是出色团队合作的结果，我对这一新结果感到非常自豪。”
介子是由 CERN 超级质子同步加速器 (SPS) 提供的高强度质子束与固定目标碰撞产生的。这会产生一束次级粒子，每秒有近 10 亿个粒子飞入 NA62 探测器，其中约 6% 是带电介子。该探测器可以精确识别和测量每个介子及其衰变产物，但中微子除外，因为中微子会以缺失的能量出现。
佛罗伦萨大学的 Giuseppe Ruggiero 教授补充道：“这是十多年前开始的长期项目的成果。寻找自然界中发生概率为 10-11 量级的效应既令人着迷又充满挑战。经过严谨而艰苦的工作，我们的努力得到了惊人的回报，并取得了期待已久的成果。”
新结果基于 2021-22 年 NA62 实验采集的数据和之前基于 2016-18 年数据集发表的结果。2021-22 年数据集是在对 NA62 设置进行一系列升级后收集的，允许使用几个新的和改进的探测器以高 30% 的光束强度运行。
硬件升级与精细的分析技术相结合，使得信号候选的收集率比以前高出 50%，同时增加了新的工具来抑制背景。
伯明翰大学的一组科学家，目前由 Evgueni Goudzovski 教授领导，于 2007 年在设计阶段加入了 NA62 实验，并在合作中发挥了核心作用。
Goudzovski 教授评论说：“吸引顶尖人才并为早期职业研究人员提供负责任的职位一直是该小组的首要任务。我们很自豪，现任 NA62 物理协调员和 K + → π + νṽ 测量的现任召集人都是前伯明翰博士生。能够在这样一支充满活力和建设性的团队中工作并领导他们是一种荣幸。”
研究小组正在研究 K + → π + νṽ 衰变，因为它对标准模型描述之外的新物理非常敏感。这使得衰变成为寻找新物理证据最有趣的过程之一。
经测量，衰变成一个介子和两个中微子的 K 介子比例约为每 1000 亿个 K 介子中有 13 个。这与标准模型的预测相符，但高出约 50%。
这可能是由于新粒子增加了这种衰变的可能性，但需要更多数据来证实这一想法。NA62 实验目前正在收集数据，科学家希望在未来几年内确认或排除这种衰变中存在新物理。