Search for τ−→μ−μ+μ− decays at the LHCb experiment with Run 2 data
LHCb प्रयोग द्वारा 13 TeV पर एकत्र किए गए 5.4 fb−1 के रन 2 डेटा का उपयोग करते हुए, τ−→μ−μ+μ− के लीपटन-फ्लेवर-विषम (lepton-flavour-violating) क्षय की खोज में इस प्रक्रिया का कोई प्रमाण नहीं मिला और इसके ब्रांचिंग फ्रैक्शन पर 90% विश्वास स्तर पर 1.9×10−8 की ऊपरी सीमा निर्धारित की गई।
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, M. Akthar, 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. Bavarchee, 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, 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. C. Campos, A. F. Campoverde Quezada, Y. Cao, 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, M. Cubero Campos, 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, 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, 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, C. Feng, 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. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, M. A. Giza, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, L. Golinka-Bezshyyko, E. Golobardes, D. Golubkov, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, W. Gomulka, I. Gonçales Vaz, F. Goncalves Abrantes, M. Goncerz, G. Gong, J. A. Gooding, I. V. Gorelov, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, S. Gromov, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, E. Gushchin, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, J. Hammerich, Q. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, L. Hao, N. Harnew, T. H. Harris, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, N. Heatley, A. Hedes, F. Hemmer, C. Henderson, R. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, L. Henry, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Heyn, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, D. C. Houston, N. 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, A. Jelavic, 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, F. Kiraz, 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, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, A. Kozachuk, P. Kravchenko, L. Kravchuk, O. Kravcov, M. Kreps, P. Krokovny, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, E. Kulikova, A. Kupsc, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, J. J. Lane, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, J. Langer, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, A. Leflat, S. Legotin, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, M. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, C. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, I. Lobo, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, F. C. L. Lopes, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, C. Lopez Iribarnegaray, S. López Soliño, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, E. Luppi, K. Lynch, S. Lyu, X. -R. Lyu, G. M. Ma, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, D. Maisuzenko, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, A. Malinin, T. Maltsev, G. Manca, G. Mancinelli, C. Mancuso, R. Manera Escalero, F. M. Manganella, D. Manuzzi, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, V. Matiunin, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, T. Miralles, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, R. Murta, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, T. Nanut, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, E. Nekrasova, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, P. Neustroev, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, N. Nikitin, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, C. Normand, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, C. Nunez, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, T. Oeser, A. Okhotnikov, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, L. Palini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, G. Panshin, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, X. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, D. Pereima, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. Pietrzyk, G. Pietrzyk, R. N. Pilato, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, N. Polukhina, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, S. Poslavskii, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, A. Puicercus Gomez, G. Punzi, J. R. Pybus, Q. Qian, W. 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. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, D. Savrina, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, N. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. Scriven, I. Segal, S. Sellam, A. Semennikov, T. Senger, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, A. Seuthe, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, M. Shapkin, R. S. Sharma, I. Shchemerov, L. Shchutska, T. Shears, L. Shekhtman, J. Shen, Z. Shen, S. Sheng, V. Shevchenko, B. Shi, J. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, Y. Shimizu, E. Shmanin, R. Shorkin, J. D. Shupperd, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, M. Singha, I. Siral, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, E. Smith, M. Smith, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, A. Solovev, K. Solovieva, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, B. Souza De Paula, K. M. Sowa, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, M. Stefaniak, O. Steinkamp, D. Strekalina, Y. Su, F. Suljik, J. Sun, J. Sun, L. Sun, D. Sundfeld, W. Sutcliffe, P. Svihra, V. Svintozelskyi, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, Y. T. Tang, M. D. Tat, J. A. Teijeiro Jimenez, A. Terentev, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, A. R. Thomson-Strong, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, T. T. Todorov, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, T. Tork, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, D. J. Unverzagt, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, V. Vagnoni, A. Vaitkevicius, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, J. van Eldik, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, G. Vasquez, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. 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, D. Zuliani, G. Zunica
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बड़ी तस्वीर: एक ब्रह्मांडीय "Whodunit" (किसने किया?)
कल्पना कीजिए कि ब्रह्त्वंड एक विशाल, हाई-स्पीड ट्रेन स्टेशन (लार्ज हैड्रोन कोलाइडर, या LHC) है। हर सेकंड, लाखों कण आपस में टकराते हैं, जिससे नए कणों का एक अराजक विस्फोट होता है जो सभी दिशाओं में बिखर जाते हैं।
ज्यादातर समय, ये कण भौतिकी के "नियमों की किताब" (Rulebook) का पालन करते हैं, जिसे स्टैंडर्ड मॉडल (Standard Model) कहा जाता है। यह नियम पुस्तिका कहती है कि कुछ कण, जिन्हें टाऊ लेप्टॉन (tau leptons) (आइए इन्हें "टाऊ" कहें) कहा जाता है, बहुत शर्मीले होते हैं। वे आमतौर पर विशिष्ट, अनुमानित समूहों में टूटते (decay) हैं।
हालाँकि, भौतिकविदों को संदेह है कि मशीन के अंदर कोई "गुप्त नियम" या कोई "भूत" हो सकता है। वे एक बहुत ही दुर्लभ घटना की तलाश कर रहे हैं जहाँ एक 'टाऊ' नियम तोड़ता है और एक साथ तीन म्यूऑन्स (muons) (एक अलग प्रकार का कण) में बदल जाता है। वर्तमान नियम पुस्तिका में, यह वर्जित (forbidden) है। यदि उन्हें यह मिल जाता है, तो इसका मतलब है कि नियम पुस्तिका अधूरी है और कहीं न कहीं "नई भौतिकी" (New Physics) छिपी हुई है।
मिशन: घास के ढेर में सुई ढूँढना
LHCb प्रयोग एक अत्यंत सटीक कैमरे और प्लेटफॉर्म पर खड़े जासूसों की एक टीम की तरह है। उनका काम टकरावों को देखना और उस एक विशिष्ट, वर्जित घटना की तलाश करना है: एक टाऊ का तीन म्यूऑन्स में बदलना (τ→μ−μ+μ−)।
समस्या क्या है? यह घटना अविश्वसनीय रूप से दुर्लभ है। यह एक विशाल समुद्र में एक विशिष्ट रेत के कण को खोजने जैसा है जिसे नियॉन हरे रंग से रंगा गया हो।
उन्होंने यह कैसे किया: "संदर्भ फोटो" वाली ट्रिक
इस सुई को खोजने के लिए, LHCb टीम ने केवल अराजकता को नहीं देखा। उन्होंने एक चतुर तुलनात्मक ट्रिक का उपयोग किया:
- सिग्नल (खोज): उन्होंने वर्जित "टाऊ से तीन म्यूऑन्स" वाली घटना की तलाश की।
- नॉर्मलाइज़र (संदर्भ): उन्होंने एक बहुत ही सामान्य, ज्ञात घटना को भी देखा: एक कण जिसे Ds मेसॉन कहा जाता है, जो एक फी (phi) मेसॉन (जो दो म्यूऑन्स में विभाजित होता है) और एक पायोन (pion) में टूट जाता है।
इसे ऐसे समझें: कल्पना कीजिए कि आप भीड़ में यह गिनने की कोशिश कर रहे हैं कि कितने लोग लाल टोपी पहने हुए हैं (दुर्लभ घटना), लेकिन आपको यह नहीं पता कि भीड़ में कुल कितने लोग हैं। इसलिए, आप यह भी गिनते हैं कि कितने लोग नीली टोपी (सामान्य घटना) पहने हुए हैं। पिछले अध्ययनों के आधार पर आप जानते हैं कि नीली टोपियाँ वास्तव में कितनी होनी चाहिए। नीली टोपियों की संख्या की तुलना में लाल टोपियों की संख्या देखकर, आप पता लगा सकते हैं कि क्या वहां कोई लाल टोपी है भी या नहीं, भले ही आपको कुल भीड़ का आकार न पता हो।
जासूसी का काम: शोर (Noise) को फ़िल्टर करना
उनके द्वारा एकत्र किए गए डेटा (2016-2018 से) में अरबों टकराव शामिल थे। इनमें से अधिकांश "शोर" (noise) थे—यानी यादृच्छिक कण जो संयोग से सिग्नल जैसा दिखने की कोशिश कर रहे थे।
इस शोर को साफ करने के लिए, टीम ने दो "स्मार्ट फिल्टर" (कंप्यूटर प्रोग्राम जिन्हें क्लासिफायर/Classifiers कहा जाता है) का उपयोग किया:
- फ़िल्टर 1 (पैटर्न मैचर): इसने ट्रैक्स के आकार को देखा। क्या कण एक सामान्य शुरुआती बिंदु से आए थे? क्या वे इस तरह से अलग हुए जो एक क्षय (decay) के लिए तर्कसंगत हो? इसने यादृच्छिक कचरे को बाहर कर दिया।
- फ़िल्टर 2 (ID चेक): इसने जांचा कि क्या कण वास्तव में म्यूऑन्स थे या अन्य कण (जैसे पायोन या केऑन) जो म्यूऑन्स होने का नाटक कर रहे थे।
उन्होंने इन फिल्टरों को "नकली" डेटा (सिमुलेशन) और "नीली टोपी" (सामान्य) घटनाओं से प्राप्त वास्तविक डेटा का उपयोग करके प्रशिक्षित किया ताकि वे सटीक रहें।
परिणाम: फिलहाल, एक साफ़ रिपोर्ट
सभी डेटा को फिल्टर के माध्यम से चलाने और गणित लगाने के बाद:
- क्या उन्हें वह वर्जित घटना मिली? नहीं। उन्हें टाऊ के तीन म्यूऑन्स में बदलने के शून्य मामले मिले।
- क्या उन्हें बहुत सारा शोर मिला? हाँ, लेकिन वे सटीक भविष्यवाणी कर सके कि कितना शोर होना चाहिए, और डेटा ने भविष्यवाणी से पूरी तरह मेल खाया।
चूंकि उन्हें वह घटना नहीं मिली, इसलिए वे यह नहीं कह सके कि "यह इस दर से होता है।" इसके बजाय, उन्होंने एक सीमा (limit) निर्धारित की।
उन्होंने कहा: "यदि यह घटना होती भी है, तो यह हर 100 मिलियन टाऊ में से 1.9 बार से भी कम होती है।" (इसे वैज्ञानिक रूप से <1.9×10−8 लिखा जाता है)।
यह क्यों महत्वपूर्ण है
यह परिणाम "जाल को कसने" जैसा है।
- अतीत में, यह सीमा ढीली थी (घटना 100 मिलियन में से 4.6 बार तक हो सकती थी)।
- अब, बेहतर डेटा और बेहतर फिल्टर के साथ, जाल अधिक कसा हुआ है। यह घटना पहले की तुलना में और भी दुर्लभ है।
इसका मतलब यह नहीं है कि "नई भौतिकी" वहां नहीं है; इसका मतलब सिर्फ इतना है कि उस "भूत" को पकड़ना पहले से कहीं अधिक कठिन है। यह वैज्ञानिकों को अपने सिद्धांतों को अपडेट करने के लिए मजबूर करता है। यदि कोई नया सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि यह घटना इस नई सीमा से अधिक बार होती है, तो वह सिद्धांत अब गलत साबित हो जाता है।
सारांश
LHCb टीम ने एक विशाल पार्टी में एक उच्च-तकनीकी सुरक्षा टीम की तरह काम किया। उन्होंने ड्रेस कोड तोड़ने वाले किसी विशिष्ट व्यक्ति को खोजने के लिए लाखों मेहमानों को स्कैन किया। उन्हें वह व्यक्ति नहीं मिला। इसके बजाय, उन्होंने साबित किया कि यदि वह व्यक्ति वहां है, तो वह इतना दुर्लभ है कि वह हर 100 मिलियन मेहमानों में से 2 से भी कम बार दिखाई देता है। यह भौतिकी समुदाय के बाकी लोगों को यह जानने में मदद करता है कि "नियम तोड़ने वाला" वास्तव में कितना दुर्लभ होना चाहिए।
तकनीकी सारांश: LHCb के रन 2 डेटा के साथ τ−→μ−μ+μ− क्षय की खोज
समस्या और प्रेरणा
लीप्टोन-फ्लेवर-वाइलेटिंग (LFV) क्षय, जैसे कि τ−→μ−μ+μ−, द्रव्यमान रहित न्यूट्रिनो के अनुमान के तहत मानक मॉडल (SM) में कड़ाई से वर्जित हैं। यहाँ तक कि भारी न्यूट्रिनो वाले परिदृश्यों में भी, अनुमानित ब्रांचिंग फ्रैक्शन्स अत्यंत सूक्ष्म (∼10−55) हैं, जो वर्तमान या भविष्य के प्रयोगों की संवेदनशीलता से बहुत नीचे हैं। हालाँकि, मानक मॉडल के विभिन्न विस्तार, जिनमें भारी न्यूट्रिनो या एक अतिरिक्त न्यूट्रल गेज बोसॉन (Z′) के विनिमय वाले मॉडल शामिल हैं, 10−10 से 10−8 की सीमा में ब्रांचिंग फ्रैक्शन्स का अनुमान लगाते हैं। फलस्वरूप, इस क्षय का अवलोकन इस विशिष्ट LFV क्षय के लिए भौतिकी के परे (beyond the SM) के स्पष्ट संकेत को दर्शाएगा, जबकि कड़े ऊपरी सीमाएँ इन सैद्धांतिक विस्तारों पर प्रतिबंध लगाती हैं। यह शोध पत्र LHCb प्रयोग द्वारा एकत्र किए गए डेटा का उपयोग करके इस विशिष्ट LFV क्षय की खोज प्रस्तुत करता है।
कार्यप्रणाली
यह विश्लेषण LHCb प्रयोग द्वारा s=13 TeV के केंद्र-द्रव्यमान ऊर्जा पर 2016 और 2018 के बीच एकत्र किए गए प्रोटॉन-प्रोटॉन टक्कर डेटा का उपयोग करता है, जो 5.4 fb−1 की एकीकृत ल्यूमिनोसिटी (integrated luminosity) के अनुरूप है।
- सिग्नल और नॉर्मलाइजेशन: सिग्नल चैनल τ−→μ−μ+μ− है। ब्रांचिंग फ्रैक्शन को सुस्थापित नॉर्मलाइजेशन चैनल Ds−→ϕ(1020)π− के सापेक्ष मापा गया है, जहाँ ϕ→μ−μ+ है। यह नॉर्मलाइजेशन मोड इसके समान टोपोलॉजी और क्षय गतिकी (decay kinematics) के कारण चुना गया था। ब्रांचिंग फ्रैक्शन की गणना देखे गए उम्मीदवारों के अनुपात (Nτ/NDs) का उपयोग करके की जाती है, जिसे चयन दक्षताओं के अनुपात (ϵτ/ϵDs), Ds क्षय के माध्यम से उत्पन्न τ− लीप्टोन के अंश (fDsτ), और नॉर्मलाइजेशन मोड्स के ज्ञात ब्रांचिंग फ्रैक्शन्स द्वारा सुधारा जाता है।
- इवेंट चयन: उम्मीदवारों का पुनर्निर्माण तीन ट्रैक्स से किया जाता है जिनका कुल आवेश $-1$ है और जो एक सामान्य वर्टेक्स (vertex) से उत्पन्न होते हैं। ट्रैक गुणवत्ता, इम्पैक्ट पैरामीटर महत्व (χIP2), और पार्टिकल आइडेंटिफिकेशन (PID) के लिए सख्त आवश्यकताएं लागू की जाती हैं। कॉम्बिनेटोरियल बैकग्राउंड और गलत पहचाने गए हैड्रोन को दबाने के लिए, दो ग्रेडिएंट-बूस्टेड डिसीजन-ट्री क्लासिफायर (XGBoost) का उपयोग किया जाता है:
- CAC (एंटीकॉम्बिनेटोरियल): यह रैंडम ट्रैक संयोजनों को अस्वीकार करने के लिए टोपोलॉजिकल और काइनेटिक वेरिएबल्स (जैसे आइसोलेशन, डिके टाइम, वर्टेक्स डिस्प्लेसमेंट) का उपयोग करता है।
- CPID: यह म्यूऑन के रूप में गलत पहचाने गए हैड्रोन को अस्वीकार करने के लिए PID और काइनेटिक जानकारी का उपयोग करता है।
उम्मीदवारों को $CAC > 0.80औरC_{PID} > 0.88$ को संतुष्ट करना चाहिए।
- बैकग्राउंड मॉडलिंग: प्राथमिक बैकग्राउंड निम्नलिखित से उत्पन्न होते हैं:
- म्यूऑन्स के रैंडम संयोजन (combinatorial)।
- चार्म मेसॉन के हैड्रोनिक क्षय (D−→π−K+π− और D(s)−→π−π+π−) जहाँ हैड्रोन को म्यूऑन के रूप में गलत पहचाना जाता है।
- वास्तविक म्यूऑन्स वाले क्षय, विशेष रूप से Ds−→η(′)(→μ−μ+γ)μ−νˉμ।
सिग्नल क्षेत्र को ∣Mμμμ−mτ∣≤20 MeV/c2 के रूप में परिभाषित किया गया है। बैकग्राउंड शेप्स को मॉडल करने और यील्ड का अनुमान लगाने के लिए एक साइडबैंड क्षेत्र (20<∣Mμμμ−mτ∣≤30 MeV/c2) का उपयोग किया जाता है।
- सांख्यिकीय विश्लेषण: ऊपरी सीमा का मूल्यांकन CLs विधि का उपयोग करके किया जाता है। डेटासेट को CAC और CPID क्लासिफायर के आउटपुट के आधार पर 15 बिन में विभाजित किया गया है ताकि सिग्नल-टू-बैकग्राउंड सेपरेशन को अधिकतम किया जा सके। सिग्नल को Johnson's SU फंक्शन के साथ और बैकग्राउंड को एक्सपोनेंशियल और Johnson's SU घटकों के योग के साथ मॉडल करते हुए, इन बिनों में एक साथ अनबिनड एक्सटेंडेड मैक्सिमम-लाइक्लीहुड फिट (unbinned extended maximum-likelihood fit) किया जाता है।
मुख्य योगदान और सिस्टमैटिक्स
सटीकता सुनिश्चित करने के लिए विश्लेषण कई तकनीकी सुधारों को शामिल करता है:
- सिमुलेशन कैलिब्रेशन: डेटा और सिमुलेशन के बीच काइनेटिक्स और डिटेक्टर रिस्पॉन्स के अंतर को ठीक करने के लिए सिमुलेशन सैंपल्स को Ds−→ϕπ− चैनल का उपयोग करके वेट किया जाता है।
- एफिशिएंसी करेक्शन: ट्रैकिंग और ट्रिगर दक्षताओं को प्रॉम्प्ट J/ψ→μ+μ− क्षय और स्वतंत्र ट्रिगर लाइनों का उपयोग करके कैलिब्रेट किया जाता है।
- सिस्टमैटिक अनसर्टेन्टी: प्रमुख व्यवस्थित अनिश्चितता स्रोतों में बाहरी इनपुट (ब्रांचिंग फ्रैक्शन्स और प्रोडक्शन फ्रैक्शन्स), दक्षता अनुपात का निर्धारण, और बैकग्राउंड शेप्स की मॉडलिंग शामिल है। इन्हें लिमिट कैलकुलेशन में गॉसियन फंक्शन द्वारा बाधित न्युसेंस पैरामीटर्स (nuisance parameters) के रूप में माना जाता है।
परिणाम
डेटा में सिग्नल इवेंट्स का कोई महत्वपूर्ण अधिशेष (excess) नहीं देखा गया है। फिट से निकाला गया सिग्नल ब्रांचिंग फ्रैक्शन का सेंट्रल वैल्यू (−0.1±1.1)×10−8 है। इस परिणाम के आधार पर, सहयोग (collaboration) निम्नलिखित ऊपरी सीमाएँ निर्धारित करता है:
- 90% कॉन्फिडेंस लेवल (CL) पर 1.9×10−8
- 95% CL पर 2.3×10−8
यह परिणाम रन 1 डेटा से प्राप्त पिछले LHCb लिमिट (4.6×10−8 at 90% CL) को प्रतिस्थापित करता है और Belle II सहयोग द्वारा रिपोर्ट की गई सबसे सख्त सीमा (1.9×10−8 at 90% CL) के बराबर संवेदनशीलता रखता है।
महत्व
पेपर का दावा है कि यह परिणाम मौजूदा खोजों के संदर्भ में मानक मॉडल के विस्तार पर पूरक प्रतिबंध प्रदान करता है। LHCb के अद्वितीय फॉरवर्ड स्पेक्ट्रोमीटर क्षमताओं और रन 2 के बड़े डेटासेट का उपयोग करके, यह विश्लेषण समर्पित B-फैक्टरियों के प्रयोगों के समान संवेदनशीलता प्राप्त करता है। लेखक नोट करते हैं कि अपग्रेडेड LHCb डिटेक्टर के साथ भविष्य के विश्लेषण, उच्च ल्यूमिनोसिटी और बेहतर ट्रिगर दक्षताओं का लाभ उठाकर, इस दुर्लभ क्षय मोड के लिए संवेदनशीलता को और बढ़ाएंगे।
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