根據(jù)對美容介子衰變的最新分析，新時代的曙光，即“新物理”的曙光，可能即將來臨。來自波蘭的波蘭科學(xué)院核物理研究所(IFJ PAN)的物理學(xué)家對該分析做出了重要貢獻。

我們不能稱之為發(fā)現(xiàn)。還沒。然而，有跡象表明，在日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究組織(CERN)的LHC加速器工作的物理學(xué)家可能會看到超出當(dāng)前描述物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論的物理學(xué)的第一個痕跡。這一跡象來自2011年和2012年LHCb實驗收集的最新數(shù)據(jù)。波蘭科學(xué)院波蘭科學(xué)院核物理研究所(IFJ PAN)的物理學(xué)家為該分析做出了重要貢獻。

“就像電影院而言，我們曾經(jīng)只有一些備受期待的大片中的一些泄露場景，大型強子對撞機終于讓粉絲們成為第一個真正的預(yù)告片，”Mariusz Witek教授(IFJ PAN)說道。

為了描述基本粒子尺度上的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，我們使用標(biāo)準(zhǔn)模型，這是20世紀(jì)70年代制定的理論框架。我們現(xiàn)在認(rèn)為粒子基本扮演各種角色。玻色子是力的載體：光子與電磁相互作用有關(guān)，八種類型的膠子負(fù)責(zé)強相互作用，W +，W-和Z0玻色子介導(dǎo)弱相互作用。物質(zhì)由稱為費米子的粒子形成，其被分為夸克和輕子。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，有六種類型的夸克(向下，向上，奇怪，魅力，頂部和底部)和六種類型的輕子(電子，μ子，taons及其三種相應(yīng)的中微子)以及與它們相關(guān)的12種反粒子。最近發(fā)現(xiàn)的希格斯玻色子提供了具有質(zhì)量的粒子(除了膠子和光子之外)。

“到目前為止，所有的測量都與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測相符。但是，我們知道標(biāo)準(zhǔn)模型無法解釋宇宙的所有特征。它不能預(yù)測粒子的質(zhì)量或告訴我們?yōu)槭裁促M米子在三個家庭中被組織起來物質(zhì)在宇宙中反物質(zhì)的主導(dǎo)地位是如何產(chǎn)生的?什么是暗物質(zhì)?這些問題仍然沒有得到解決。更重要的是，我們每天都經(jīng)歷的力量，重力，甚至都不包括在模型中，“教授說。 Witek

到目前為止，在大型強子對撞機上工作的科學(xué)家一直專注于尋找希格斯玻色子(ATLAS和CMS實驗)，研究物質(zhì)和反物質(zhì)之間的差異(LHCb實驗)和測試夸克 - 膠子等離子體(ALICE實驗) ?，F(xiàn)在，人們越來越關(guān)注檢測標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新基本粒子。ATLAS和CMS實驗試圖直接看到這樣的粒子。然而，不能排除新粒子的質(zhì)量太高而不能在LHC加速器的能量下產(chǎn)生。然后，發(fā)現(xiàn)新物理的唯一方法是觀察新粒子對我們在較低能量下觀察到的現(xiàn)象的影響。這種影響可能表現(xiàn)在修改美容介子衰變的頻率或其衰變產(chǎn)物的角度分布。

在2011年，在通過LHCb實驗收集第一批大樣本后不久，關(guān)于美容介子的一個令人費解的異常被注意到并在LHCb的公共網(wǎng)站上公布(http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/)。這些介子由一個輕夸克組成，我們可以在質(zhì)子和中子中找到形成我們周圍物質(zhì)的物質(zhì)，以及一個可以在大型強子對撞機對撞機中產(chǎn)生的重型美式反夸克。由夸克 - 反夸克對組成的顆粒不穩(wěn)定，因此它們迅速腐爛。

在其產(chǎn)品中含有兩個μ子的B介子的衰變中觀察到異常。在描述這種衰變的最終狀態(tài)時，需要多達八個參數(shù)。它們定義了衰變產(chǎn)物的角度分布，即它們將以什么角度飛行。確定這些參數(shù)的傳統(tǒng)方法可能導(dǎo)致觀察到的少量這種衰變的錯誤結(jié)果。來自IFJ PAN的Marcin Chrzaszcz博士是該分析的主要作者之一，他提出了一種替代方法，其中每個參數(shù)都是獨立于其他參數(shù)確定的。

“我的方法可以比作確定拍攝全家福的年份。而不是從整體上看，最好是單獨分析每個人，并從那個角度嘗試找出肖像拍攝的那一年，” Chrzaszcz博士。

波蘭方面由國家科學(xué)中心資助的最新分析和授予Chrzaszcz博士的鉆石資助，不僅對其準(zhǔn)確性很重要。2011年的數(shù)據(jù)結(jié)果證實了2011年的數(shù)據(jù)結(jié)果。這增加了物理學(xué)家遇到真實現(xiàn)象的可能性，而不是測量中不可預(yù)見的假象。

“在尋找新現(xiàn)象或新粒子時，假設(shè)當(dāng)效果不同于給定理論的預(yù)測時，超過三個標(biāo)準(zhǔn)差--3西格瑪 - 這是一個指示，但我們不能談?wù)摪l(fā)現(xiàn)，直到準(zhǔn)確率上升到5 sigma以上。稍微不同的是，5 sigma意味著我們的概率不到一到三百五十萬，隨機波動可以提供如此看到的結(jié)果。觀察到這種衰變的數(shù)量，我們的分析準(zhǔn)確度達到了3.7西格瑪?shù)钠睢Ｋ晕覀內(nèi)匀徊荒馨l(fā)現(xiàn)一個發(fā)現(xiàn)，但我們當(dāng)然有一個有趣的線索，“Chrzaszcz博士說。

觀察到的效果可能是什么原因?理論家中最流行的假設(shè)是存在一個新的中間Z-prime玻色子(Z')參與B介子的衰變。它還解釋了在B介子的其他衰變中觀察到的另一種略微弱的效應(yīng)，以測量所謂的輕子普遍性。盡管如此，這并不是對標(biāo)準(zhǔn)模型框架中效果的不可思議的解釋：也許理論計算沒有考慮影響衰變機制的一些重要因素。

大型強子對撞機最近開始了另一輪能量較高的碰撞質(zhì)子，最終物理學(xué)家將擁有另一批數(shù)據(jù)進行分析。那么新的物理學(xué)會成為現(xiàn)實嗎?

正如Witek教授所總結(jié)的那樣：“就像是一部好電影一樣：每個人都想知道最終會發(fā)生什么，沒有人愿意等待它。”