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⚛️ high-energy experiments

Measurement of the branching fractions and longitudinal polarisations of B(s)0K0K0B^0_{(s)} \to K^{*0} \kern 0.18em \overline{\kern -0.18em K}{}^{*0} decays

2011-2018 के 9 fb⁻¹ LHCb टकराव डेटा का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन B0B^0 और Bs0B^0_s के K0K0K^{*0} \overline{K}{}^{*0} क्षय (decays) के ब्रांचिंग फ्रैक्शन्स और अनुदैर्ध्य ध्रुवीकरण अंशों (longitudinal polarisation fractions) को मापता है, जो BVVB \to VV क्षय में अनुदैर्ध्य ध्रुवीकरण के संबंध में प्रयोगात्मक परिणामों और सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के बीच 4.4σ\sigma के तनाव की पुष्टि करता है।

मूल लेखक: LHCb collaboration, R. Aaij, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, Z. Ajaltouni, S. A
प्रकाशित 2026-05-12
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मूल लेखक: LHCb collaboration, R. Aaij, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, Z. Ajaltouni, S. Akar, K. Akiba, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, R. Amalric, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, M. Andersson, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, P. Baladron Rodriguez, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, K. Belous, I. Belov, I. Belyaev, G. Benane, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, A. Berezhnoy, R. Bernet, S. Bernet Andres, A. Bertolin, F. Betti, J. Bex, O. Bezshyyko, S. Bhattacharya, J. Bhom, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, V. Bocharnikov, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, A. Boldyrev, C. Bolognani, R. Bolzonella, R. B. Bonacci, N. Bondar, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, E. Bottalico, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, J. D. Brandenburg, A. Brea Rodriguez, N. Breer, J. Brodzicka, J. Brown, D. Brundu, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, A. T. Burke, C. Burr, C. Buti, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, S. Calderon Ramirez, L. Calefice, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, A. F. Campoverde Quezada, S. Capelli, M. Caporale, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, A. Casais Vidal, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, I. Celestino, S. Cesare, A. J. Chadwick, I. Chahrour, H. Chang, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, A. Chernov, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, V. Chobanova, M. Chrzaszcz, A. Chubykin, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, J. Connaughton, A. Contu, N. Cooke, G. Cordova, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, M. Cruz Torres, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, S. Dadabaev, X. Dai, E. Dall'Occo, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, J. Daniel, G. Darze, A. Davidson, J. E. Davies, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, H. -P. Dembinski, J. Deng, V. Denysenko, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, I. Diachkov, S. Didenko, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, V. Dobishuk, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, A. M. Donohoe, F. Dordei, A. C. dos Reis, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, A. Dziurda, A. Dzyuba, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, A. Egorychev, V. Egorychev, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, J. Eschle, S. Esen, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, F. Fassin, D. Fazzini, L. Felkowski, M. Feng, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferrillo, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, R. A. Fini, M. Fiorini, M. Firlej, K. L. Fischer, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Q. Führing, T. Fulghesu, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, L. L. Gerken, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. 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Howarth, W. Hu, X. Hu, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, M. Hushchyn, D. Hutchcroft, M. Idzik, D. Ilin, P. Ilten, A. Iniukhin, A. Iohner, A. Ishteev, K. Ivshin, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, B. K. Jashal, A. Jawahery, C. Jayaweera, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, A. Kharisova, S. Kholodenko, G. Khreich, T. Kirn, V. S. Kirsebom, S. Klaver, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. K. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, M. Korolev, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, A. Kozachuk, P. Kravchenko, L. Kravchuk, O. 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Qian, N. Qin, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, M. S. Rangel, F. Ratnikov, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, M. Ribalda Galvez, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, F. Riehn, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogachev, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, M. Rotondo, S. R. Roy, M. S. Rudolph, M. Ruiz Diaz, R. A. Ruiz Fernandez, J. Ruiz Vidal, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, S. E. R. Sacha Emile R., N. Sagidova, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, D. Saranin, A. Sarnatskiy, G. 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Vecchi, J. Velilla Serna, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, W. Vetens, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, B. Vivacqua, F. C. Volle, D. vom Bruch, N. Voropaev, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, E. J. Walton, G. Wan, A. Wang, B. Wang, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, R. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, Z. Weida, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, M. A. Wiegertjes, C. Wild, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, S. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, E. Wood, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, M. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, V. Yeroshenko, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, X. Yuan, Y Yuan, J. A. Zamora Saa, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Y. Z. Zhang, Z. Zhang, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, Y. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, Q. Zou, D. Zuliani, G. Zunica

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल, हाई-स्पीड डांस फ्लोर है जहाँ क्वार्क (quarks) नामक सूक्ष्म कण लगातार अपने साथी बदल रहे हैं और घूम रहे हैं। इस शोध पत्र में, CERN का LHCb सहयोग एक अत्यंत सूक्ष्म अवलोकन करने वाले कोरियोग्राफर की टीम की तरह कार्य करता है, जो B मेसॉन्स (B mesons) नामक कणों द्वारा किए जाने वाले एक बहुत ही विशिष्ट, दुर्लभ नृत्य (dance move) को देख रहा है।

यहाँ उन्होंने जो पाया है, उसकी सरल व्याख्या दी गई है।

नृत्य: एक दुर्लभ स्पिन (The Dance: A Rare Spin)

वे जिन कणों को देख रहे हैं वे B0B^0 और Bs0B^0_s मेसॉन्स हैं। ये भारी कण हैं जो अंततः दो हल्के, घूमने वाले कणों में टूट जाते हैं जिन्हें KK^* मेसॉन्स कहा जाता है (जो जल्दी से एक केऑन (Kaon) और एक पायोन (Pion) में बदल जाते हैं)।

KK^* मेसॉन्स को घूमते हुए लट्टुओं (spinning tops) की तरह समझें। जब वे बनते हैं, तो वे अलग-अलग तरीकों से घूम सकते हैं:

  1. अनुदैर्ध्य (Longitudinal): एक बंदूक से निकली गोली की तरह घूमना (अपनी दिशा के साथ संरेखित)।
  2. अनुप्रस्थ (Transverse): जमीन पर लुढ़कते हुए पहिये की तरह घूमना (अपनी दिशा के लंबवत)।

बड़ा आश्चर्य: "पोलराइजेशन पहेली" (The Big Surprise: The "Polarisation Puzzle")

लंबे समय से, भौतिकविदों के पास एक सिद्धांत (भौतिकी के स्टैंडर्ड मॉडल पर आधारित) था जिसने भविष्यवाणी की थी कि ये कण कैसे घूमेंगे। सिद्धांत ने कहा था: "ब्रह्मांड जिस तरह से काम करता है, उसके कारण, इन भारी कणों को ज्यादातर गोली की तरह (अनुदैर्ध्य) घूमना चाहिए।"

हालाँकि, जब LHCb टीम ने Bs0B^0_s कण को देखा, तो उन्होंने पाया कि यह बिल्कुल भी गोली की तरह नहीं घूम रहा था। यह ज्यादातर तिरछा (sideways) घूम रहा था!

  • B0B^0 कण: 60% समय गोली की तरह घूमता है।
  • Bs0B^0_s कण: केवल 16% समय गोली की तरह घूमता है।

यह विशाल अंतर एक रहस्य है। यह वैसा ही है जैसे आप दो एक जैसे दिखने वाली बॉलिंग गेंदों को फेंकें, और एक हमेशा सीधे लेन में लुढ़के, जबकि दूसरी हमेशा अपने किनारे पर बेतहाशा घूमती रहे। शोध पत्र इसे "पोलराइजेशन पहेली" कहता है।

जांच: एक व्यापक डेटा खोज (The Investigation: A Massive Data Hunt)

इसे हल करने के लिए, टीम ने केवल कुछ ही नृत्यों को नहीं देखा; उन्होंने 2011 और 2018 के बीच लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (LHC) से 9 अरब टकरावों को देखा। यह एक स्टेडियम भरी भीड़ को आठ साल तक लगातार नाचते हुए देखने जैसा है ताकि केवल कुछ सौ विशिष्ट मूव्स को खोजा जा सके।

उन्होंने एक तकनीक का उपयोग किया जिसे एम्प्लीट्यूड एनालिसिस (amplitude analysis) कहा जाता है। कल्पना कीजिए कि आप एक धुंधले, तेज़ गति वाले वीडियो को देखकर किसी नृत्य की कोरियोग्राफी को समझने की कोशिश कर रहे हैं। टीम को "सिग्नल" (असली नृत्य) को "शोर" (एक दूसरे से टकराते लोग या बैकग्राउंड संगीत) से अलग करने के लिए एक जटिल गणितीय मॉडल बनाना पड़ा।

उन्होंने पिछले अध्ययनों की तुलना में अपने उपकरणों में महत्वपूर्ण सुधार किया:

  • उन्होंने नृत्य को स्पष्ट रूप से देखने के लिए बेहतर "कैमरे" (डिटेक्टर सिमुलेशन) का उपयोग किया।
  • उन्होंने "बैकग्राउंड शोर" (अन्य कणों) को बहुत अधिक सटीकता से मॉडल किया।
  • उन्होंने स्पिन को वर्णित करने के लिए एक नई गणितीय भाषा (कोवेरिएंट टेंसर फॉर्मलिज्म) का उपयोग किया, जिसने उस अनिश्चितता को हटा दिया जो पिछले अध्ययनों में मौजूद थी।

परिणाम: पहेली और बड़ी हो गई (The Results: The Puzzle Gets Bigger)

संख्याओं की गणना करने के बाद, टीम ने पहले की तुलना में बहुत अधिक सटीकता के साथ इस रहस्य की पुष्टि की।

  • उन्होंने बहुत कम त्रुटि मार्जिन के साथ सटीक "स्पिन रेश्यो" को मापा।
  • उन्होंने एक विशिष्ट संख्या (जिसे LK0K0L_{K^*0K^*0} कहा जाता है) की गणना की जो दोनों कणों की तुलना करती है। उनका परिणाम 4.92 था।
  • इस संख्या के लिए सबसे अच्छा सैद्धांतिक अनुमान 26.08 था।

उनके माप (4.92) और सिद्धांत (26.08) के बीच का अंतर बहुत बड़ा है—अपेक्षित त्रुटि मार्जिन के आकार से लगभग 4.4 गुना। कण भौतिकी की दुनिया में, यह एक "4.4 सिग्मा" का परिणाम है। यह एक सिक्का 100 बार उछालने और हर बार 'हेड्स' आने जैसा है; यह इतना असंभव है कि आप संदेह करने लगते हैं कि सिक्का पक्षपाती है या सिक्कों के काम करने के बारे में आपकी समझ गलत है।

इसका क्या अर्थ है?

शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि जो हम लैब में देखते हैं और जो हमारे वर्तमान सर्वश्रेष्ठ सिद्धांत भविष्यवाणी करते हैं, उनके बीच एक महत्वपूर्ण तनाव (significant tension) है।

पेपर दो मुख्य संभावनाओं का सुझाव देता है:

  1. नया भौतिकी (New Physics): एक छिपा हुआ बल या एक नया कण (हमारे वर्तमान "स्टैंडर्ड मॉडल" से परे कुछ) हो सकता है जो नृत्य को प्रभावित कर रहा है, जिससे Bs0B^0_s अलग तरह से घूम रहा है।
  2. छिपी हुई जटिलता (Hidden Complexity): हमारे वर्तमान सिद्धांत में कुछ सूक्ष्म, जटिल विवरण (हैड्रोनिक प्रभाव) हो सकते हैं जिन्हें हमने अभी तक सही ढंग से कैलकुलेट नहीं किया है।

निचोड़ (The Bottom Line)

यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि उसने रहस्य को सुलझा लिया है या कोई नया कण खोज लिया है। इसके बजाय, यह इस अजीब घूमने वाले व्यवहार का अब तक का सबसे सटीक माप प्रदान करता है। यह वैज्ञानिक समुदाय को बताता है: "हमने इसे बहुत सावधानी से मापा है, और संख्याएं निश्चित रूप से सिद्धांत से मेल नहीं खाती हैं। हमें अपने नियमों पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता है।"

यह एक उच्च-परिशुद्धता वाला माप है जो ब्रह्मांड के काम करने के तरीके के बारे में कुछ पूरी तरह से नया खोजने के लिए द्वार खुला रखता है, या कम से कम, हमें अपने मौजूदा सिद्धांतों को तब तक पॉलिश करने के लिए मजबूर करता है जब तक कि वे डेटा के अनुकूल न हो जाएं।

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