介子衰变:30年前预测获得证实


 

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14日出版的英国《自然》杂志上一篇粒子物理学报告称,科学家在欧洲核子研究中心(CERN)地下的大型强子对撞机(LHC)中,检测到了中性B介子粒子极为罕见的衰变。自从粒子物理标准模型预测到这种衰变,物理学家寻找该衰变过程的证据已经超过了30年。此次新的观测结果证实了标准模型做出的预测。科学家们希望,在LHC进行的新实验可以准确探究这种衰变的特性。

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基本粒子是人们已能认知的组成物质的最基本结构,粒子物理的标准模型描述了基本粒子的属性和它们之间的相互作用。通过测试标准模型做出的理论预测,可以检测标准模型的准确性或是对其作出一定修正,以便回答一些当前无法用标准模型解释的问题,例如,反物质的起源。

此次在瑞士日内瓦,物理学家们发现中性B介子衰变成μ子(muon,类似电子但更重,可被想象成一个“加重版”的电子),这提供了对于粒子物理标准模型准确性的严格测试,因为这种衰变对于模型的不完整之处非常敏感。以往的实验也曾有发现这种衰变的证据,但是此次是由LHC的两个探测器——紧凑μ子线圈(CMS)和LHC底夸克实验负责采集和分析的,两组实验获得的数据提供了对衰变速率的测量信息,其结果与标准模型作出的预测一致。同时,这个实验的观察和分析结果,也对标准模型的扩展带来了一定的约束。

研究人员寄希望于LHC进行的新实验可以更为准确地探究这种衰变的特性。在经过两年的升级和准备后,LHC于上个月正式重新启动,并在本月稍早时间进行了重启后首次撞击,为其6月份将展开的第二阶段对撞实验做准备。届时,其质子束流的总能量将达创纪录的13万亿电子伏特。

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