40 yıllık araştırmanın ardından fizikçiler çok nadir parçacık bozunumunun kanıtını buldu

CERN’deki fizikçiler, mezonun güzellik kuarkının aşağı tip bir kuark ile yok olması durumunda meydana gelen nadir bir mezon parçacığı bozunmasına (B⁰→ µ⁺μ⁻) ilişkin kanıtlar tespit ettiklerini bildirmektedir. Çift, elektronlara benzer parçacıklar olan müon ve antimüona bozunur. Bu bozulmaya ilişkin kanıtlar Standart Modelin teorik tahminlerini test etmeye yardımcı olduğundan fizikçiler, ilk teorileştirildiği 1984 yılından bu yana bunu bekliyorlar.

Ekip, yakın zamanda yayınlanan bir makalede, ölçümleri biraz daha az nadir görülen başka bir bozulmanın ölçümleriyle birlikte detaylandırıyor. arXiv ön baskı sunucusu.

Nadir mezon bozunmalarının araştırılması

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı sıklıkla çeşitli parçacıklara bozunabilen B⁰ ve B⁰ₛ mezonlarının varlığını tespit eder. Ancak bazı çürümeler diğerlerinden daha nadirdir. Özellikle her iki parçacığın da müon-antimüon çiftine bozunmasını tespit etmek inanılmaz derecede zordur. Standart Model tahminlerine göre, B⁰’nin müon-antimüon bozunması 10 milyar bozunmada yalnızca 1,03 oranında meydana gelirken, B⁰ₛ’nin müon-antimüon bozunması milyar bozunum başına yaklaşık 3,66 kez meydana gelir. Bu iki müon bozunumları nispeten kesin teorik tahminlere sahiptir ve bu da onları Standart Model için faydalı testler haline getirir.

B⁰ₛ bozunması daha önce de gözlemlenmişti. Bozunma ilk olarak güncellenmiş LHCb ile Kompakt Müon Solenoidi (CMS) arasındaki ortak analizde ve ardından 2017’de tekrar LHCb’de belirlendi. Daha nadir olan B⁰ bozunumu için bazı ortak kanıtlar rapor edilirken, daha sonraki analizlerde doğrulanmadı.

LHCb şanslı bir mola veriyor

Son olarak, 40 yılı aşkın bir sürenin ardından, 2024-2025’te LHCb dedektöründe kaydedilen proton çarpışmalarında nadir B⁰ bozunumunun kanıtı ortaya çıktı. Veriler daha önceki LHCb ölçümlerinden elde edilen sonuçlarla birleştirildi. Analiz, yeni verilerde 3,0 standart sapmada B⁰ → μ⁺μ⁻ için ilk tek deney kanıtını gösterdi; bu anlamlılık, önceki LHCb verileriyle birleştirildiğinde 3,2’ye yükseldi.

Birleştirilmiş veriler, önemli bir belirsizlikle birlikte, 10 milyarda 1,14 civarında bir B⁰ bozunma oranı gösterdi. Birleştirilmiş veriler, milyar bozunma başına yaklaşık 3,25’lik bir B⁰ₛ bozunma oranı gösterdi; bu, şu anda bu oranın dünyadaki en kesin ölçümüdür.

Ekip ayrıca B⁰ₛ’nin müon çiftlerine bozunmasının etkili ömrünün 1,60 ± 0,16 pikosaniye olduğunu ve çok daha küçük bir sistematik belirsizlik olduğunu belirledi. Etkin ömür, kararsız bir parçacığın bozunmadan önce var olduğu ortalama süredir. Araştırmacılar, sonuçların tamamının Standart Model tahminleriyle uyumlu olduğunu ve herhangi bir yeni fiziğe işaret etmediğini söylüyor.

Bu ölçümler için ideal istatistiksel anlamlılık beş standart sapmadır, ancak sonuçlar burada 3,2 ile biraz yetersiz kalmaktadır. Yine de sonuçlar önemli kanıtlar sağlıyor ve deneysel bir dönüm noktasını temsil ediyor. Gelecekteki çarpışma verileri B⁰ bozunumunu daha sağlam bir şekilde tespit edebilir ve ölçülen frekansını keskinleştirebilir.