マンチェスター大学の科学者が稀な粒子崩壊の証拠を発見 研究はzeptometreスケールの深い探求が期待される

イギリスのマンチェスター大学の科学者が、10億個の粒子の中で1回だけ発生する稀な粒子崩壊の証拠を発見した。この崩壊は、欧州原子核研究機構（CERN）のLHCb実験が大規模なアップグレードを経て観察され、将来的なzeptometreスケールでのさらなる研究の新たな方向性を開いた。LHCb実験はATLASやCMS検出器とは異なり、前方スペクトロメーターである。LHCbはビームの前方領域に焦点を当て、美クォークと魅クォークの挙動や崩壊を研究し、すべての方向で崩壊の証拠を探すのではない。

美クォークの質量は上クォークや下クォークよりも重く、LHCで大量に生成される。しかし、その寿命は1兆分の1秒と短く、すぐに崩壊してしまう。

LHCb実験のアップグレードと貢献

マンチェスター大学の研究者はLHCb実験のアップグレードに参加しており、このアップグレードによりデータ収集速度が以前の5倍に達した。美クォークの崩壊を精密に測定することで、科学者はLHCでは探知できないほど微小な新粒子の影響を探ることができる。崩壊が稀であれば、新粒子の影響に対してより敏感である可能性がある。イギリスがLHCbのアップグレードに貢献したのは、ビームの流れからわずか5ミリメートルの距離にあるシリコンピクセル検出器である頂点定位器（Vertex Locator）であり、これにより科学者は粒子の生成および崩壊の位置を正確に特定できる。

研究チームは「Bdからmu mu」への崩壊を検出した。これは美クォークが2つのミュー粒子に崩壊するもので、ミュー粒子は電子に似た少し重い粒子である。この崩壊は美クォークの中で10億回に1回発生するだけであるため、これまで観察されなかったことは驚くべきことではない。

崩壊の統計的有意性と意義

マンチェスター大学物理学および天文学部のクリス・パークス（Chris Parkes）部長は、「この崩壊が起こる可能性は極めて低い。初めてのデートで地球上のすべての人の中から完璧な相手を見つける確率に近い」と述べた。今回の発見の統計的有意性は3.2シグマであり、重大な物理的発見とされるためには5シグマの閾値を下回っている。それでも、この発見は物理学者が千億分の1メートルの空間に隠れた粒子や自然の力を探求する新たな道を開いた。この距離はzeptometreと呼ばれ、この空間はzeptoverseと称される。

今回の実験で得られた測定結果は、依然として標準物理モデルと一致している。しかし、zeptoverseに関するさらなる研究は、科学者が標準モデルでは説明できない新しい物理現象を見つける手助けとなる可能性がある。

LHCbコラボレーションの副物理コーディネーターであるコナー・フィッツパトリック（Conor Fitzpatrick）は記者会見で、「この実験の結果は、自然の最も根本的なレベルに対する理解を拡張する。私たちはこの捉えがたい信号をついに見ることができたことに興奮しており、今後のデータからさらなる発見を期待している」と述べた。アップグレード後の実験は2030年初頭までデータ収集を続ける予定であり、さらなるアップグレードによりデータ収集が1桁増加し、zeptoverseにおける粒子や力に関するさらなる情報が明らかになる可能性がある。

この発見が未来の物理研究に与える影響

この研究の画期的な発見は、粒子物理学の複雑性を示すだけでなく、より微小なスケールの物理現象を探求する可能性を提供する。LHCb実験のアップグレードにより、科学者は粒子の挙動をより正確に測定できるようになり、これは宇宙の基本的な構成を理解する上で重要である。現在の結果は依然として標準モデルに合致しているが、今後のデータ収集は新しい物理現象を明らかにし、既存の理論に挑戦し、物理学のさらなる発展を促進する可能性がある。