- 曼徹斯特大學發現罕見粒子衰變，為未來研究開啟新方向。
- 美夸克的壽命極短，衰變過程難以觀察。
- 此次衰變的統計顯著性為 3.2 sigma，低於重大發現的標準。
- 研究可能揭示標準模型無法解釋的新物理現象。
英國曼徹斯特大學的科學家發現了一種罕見的粒子衰變證據，該衰變在每十億個粒子中僅發生一次。這一衰變是在歐洲核子研究組織（CERN）的 LHCb 實驗經過重大升級後被觀察到，並且為未來在 zeptometre 尺度上的進一步研究開啟了新方向。LHCb 實驗與 ATLAS 和 CMS 探測器不同，它是一種前向光譜儀。LHCb 專注於束流的前向區域，研究美夸克和魅夸克的行為及衰變，而非在所有方向尋找衰變的證據。
美夸克的質量比上夸克和下夸克重，並且在 LHC 中以大量生成。然而，它們的壽命僅為一兆分之一秒，便會衰變。
LHCb 實驗的升級與貢獻
曼徹斯特大學的研究人員參與了 LHCb 實驗的升級工作，這次升級使數據收集速度達到之前的五倍。精確測量美夸克的衰變使科學家能夠探測到可能過於微小而無法在 LHC 中被探測的新粒子的影響。如果衰變是罕見的，則對新粒子的影響可能更為敏感。英國對 LHCb 升級的貢獻是一個頂點定位器（Vertex Locator），這是一種矽像素探測器，僅距束流五毫米，讓科學家能夠精確確定粒子生成及衰變的位置。
研究團隊檢測到了「Bd 到 mu mu」的衰變，其中一個美夸克衰變成兩個微子，微子是一種類似電子但稍重的粒子。估計這種衰變僅在每十億個美夸克中發生一次，因此它從未被觀察到並不令人驚訝。
衰變的統計顯著性與意義
曼徹斯特大學物理與天文學系主任克里斯·帕克斯（Chris Parkes）表示：「這種衰變極其不可能發生；其發生的機率大約就像在第一次約會中，能在地球上每個人當中找到完美的伴侶。」此次發現的統計顯著性為 3.2 sigma，低於稱為重大物理發現所需的 5 sigma 閾值。儘管如此，它為物理學家探索隱藏在千億分之一的米空間中的粒子和自然力開啟了新渠道。這一距離稱為 zeptometre，該空間稱為 zeptoverse。
此次實驗中的測量結果仍與標準物理模型一致。然而，對 zeptoverse 的進一步研究可能有助於科學家找到標準模型無法解釋的新物理現象。
LHCb 合作組的副物理協調員康諾·費茲帕特里克（Conor Fitzpatrick）在新聞發布會中表示：「這次實驗的結果擴展了我們對自然最根本層次的理解。我們對終於看到這個難以捉摸的信號感到興奮，並期待未來從我們的數據中獲得更多的發現。」即使升級後的實驗將持續收集數據至 2030 年初，進一步的升級可能會將數據收集增加一個數量級，揭示有關 zeptoverse 中粒子和力的更多資訊。
這項發現對未來物理研究的影響
這項研究的突破性發現不僅顯示了粒子物理學的複雜性，還為探索更微小尺度的物理現象提供了可能性。隨著 LHCb 實驗的升級，科學家能夠更精確地測量粒子的行為，這對於理解宇宙的基本組成至關重要。雖然目前的結果仍符合標準模型，但未來的數據收集可能揭示出新的物理現象，挑戰現有理論，並推動物理學的進一步發展。