- 曼彻斯特大学发现罕见粒子衰变，为未来研究开启新方向。
- 美夸克的寿命极短，衰变过程难以观察。
- 此次衰变的统计显著性为 3.2 sigma，低于重大发现的标准。
- 研究可能揭示标准模型无法解释的新物理现象。
英国曼彻斯特大学的科学家发现了一种罕见的粒子衰变证据，该衰变在每十亿个粒子中仅发生一次。这一衰变是在欧洲核子研究组织（CERN）的 LHCb 实验经过重大升级后被观察到，并且为未来在 zeptometre 尺度上的进一步研究开辟了新方向。LHCb 实验与 ATLAS 和 CMS 探测器不同，它是一种前向光谱仪。LHCb 专注于束流的前向区域，研究美夸克和魅夸克的行为及衰变，而非在所有方向寻找衰变的证据。
美夸克的质量比上夸克和下夸克重，并且在 LHC 中以大量生成。然而，它们的寿命仅为一兆分之一秒，便会衰变。
LHCb 实验的升级与贡献
曼彻斯特大学的研究人员参与了 LHCb 实验的升级工作，这次升级使数据收集速度达到之前的五倍。精确测量美夸克的衰变使科学家能够探测到可能过于微小而无法在 LHC 中被探测的新粒子的影响。如果衰变是罕见的，则对新粒子的影响可能更为敏感。英国对 LHCb 升级的贡献是一个顶点定位器（Vertex Locator），这是一种硅像素探测器，仅距束流五毫米，让科学家能够精确确定粒子生成及衰变的位置。
研究团队检测到了“Bd 到 mu mu”的衰变，其中一个美夸克衰变成两个微子，微子是一种类似电子但稍重的粒子。估计这种衰变仅在每十亿个美夸克中发生一次，因此它从未被观察到并不令人惊讶。
衰变的统计显著性与意义
曼彻斯特大学物理与天文学系主任克里斯·帕克斯（Chris Parkes）表示：“这种衰变极其不可能发生；其发生的概率大约就像在第一次约会中，能在地球上每个人当中找到完美的伴侣。”此次发现的统计显著性为 3.2 sigma，低于称为重大物理发现所需的 5 sigma 阈值。尽管如此，它为物理学家探索隐藏在千亿分之一的米空间中的粒子和自然力开辟了新渠道。这一距离称为 zeptometre，该空间称为 zeptoverse。
此次实验中的测量结果仍与标准物理模型一致。然而，对 zeptoverse 的进一步研究可能有助于科学家找到标准模型无法解释的新物理现象。
LHCb 合作组的副物理协调员康诺·费茨帕特里克（Conor Fitzpatrick）在新闻发布会上表示：“这次实验的结果扩展了我们对自然最根本层次的理解。我们对终于看到这个难以捉摸的信号感到兴奋，并期待未来从我们的数据中获得更多的发现。”即使升级后的实验将持续收集数据至 2030 年初，进一步的升级可能会将数据收集增加一个数量级，揭示有关 zeptoverse 中粒子和力的更多信息。
这项发现对未来物理研究的影响
这项研究的突破性发现不仅显示了粒子物理学的复杂性，还为探索更微小尺度的物理现象提供了可能性。随着 LHCb 实验的升级，科学家能够更精确地测量粒子的行为，这对于理解宇宙的基本组成至关重要。虽然目前的结果仍符合标准模型，但未来的数据收集可能揭示出新的物理现象，挑战现有理论，并推动物理学的进一步发展。