2019-09-24 06:56:01
超稀有的凯恩衰变可能导致新物理学的证据

科学家们正在寻找可以解释暗物质和宇宙其他奥秘的粒子过程中新物理学的证据,这一距离近一步了,CERN今天报道了NA62实验的新结果。

由国际科学家团队领导的这项实验演示了一种新技术,该技术可以捕获和测量被称为kaon的亚原子粒子的超罕见衰变。

他们在9月23日星期一举行的CERN研讨会上发表的研究结果表明,对这一过程的精确测量将如何暗示新的物理学原理,超越1970年代开发的标准模型。

标准模型仍然是通常用来描述宇宙的基本力和基本组成部分的理论,它是一个非常成功的理论,但是标准模型无法解释宇宙的一些奥秘,例如暗物质的性质或宇宙中物质反物质不平衡的起源。物理学家一直在寻找标准模型的扩展,这些扩展可以预测可以解释这些现象的新粒子或相互作用。

这项新的测量是由伯明翰大学领导的一个小组在CERN粒子物理实验室进行的。这项名为NA62的实验的目的是研究包含夸克奇数的亚原子粒子kaons,并研究将其转换为其他几类粒子的可能性,其几率约为100亿分之一。

标准模型对这一过程进行了详细的预测,不确定度小于10%,因此,与该预测的任何偏差都是新物理学令人兴奋的明确信号。通过结合2016年和2017年的数据集,该团队发现在1000亿个K +衰减中,该过程的相对频率最多为24.4。组合后的结果与标准模型的预测兼容,并允许团队对超出频率的上限的标准模型理论进行限制。

克里斯蒂娜教授解释说:“这种凯恩衰变过程被称为“黄金通道”,因为它在标准模型中具有超稀有性和出色的预测能力。它很难被捕获,并且对寻找新物理学的科学家们具有真正的希望。”拉泽罗尼(Lazzeroni)是伯明翰大学的粒子物理学教授,也是NA62的发言人。 “通过捕获衰减的精确测量,我们可以识别与标准模型预测的偏差。新结果仍然限制了统计数据,但已经使我们能够开始对某些新的物理模型施加约束。”

该实验在法国CERN的Prevessin工厂进行了三年,涉及27个机构的约200名科学家。目的是使用CERN的超级质子同步加速器(SPS)的质子束精确测量kaon粒子如何分解为pion和中微子-反中微子对。通过将高能质子从SPS碰撞到静止的铍靶中来产生这些钾。这会形成一束次级粒子,每秒包含并传播近十亿个粒子,其中约6%为钾。

由于所测量的过程非常罕见,因此团队必须特别小心,不要做任何可能导致结果偏差的事情。因此,该实验是作为“盲法分析”进行的,物理学家最初仅查看背景以检查他们对各种来源的理解是否正确。一旦他们对此感到满意,他们就会查看数据中预期信号所在的区域。这种“盲盒的打开”是在9月10日在意大利佩鲁贾举行的KAON2019国际会议上进行的。

Lazzeroni教授补充说:“这是粒子物理学领域的一大进步,它将使我们能够探索了解我们的宇宙的新方法。这是在所有合作机构的巨大团队努力和科学技术研究所的持续支持下才得以实现的欧洲核子研究中心“。

该实验将分析2018年获得的更多数据并于明年发布。 CERN SPS将在2021年重新开始运营时,还计划获取更多数据来完善测量。

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