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Measurement of the ratio of branching fractions B(Bc+J/ψτ+ντ)/B(Bc+J/ψμ+νμ)\mathcal{B}(B_c^+ \to J/\psi \tau^+ \nu_{\tau})/\mathcal{B}(B_c^+ \to J/\psi \mu^+ \nu_{\mu})

13 TeV पर LHCb प्रोटॉन-प्रोटॉन टक्कर डेटा के 5.4 fb1^{-1} का उपयोग करते हुए, पेपर ब्रांचिंग फ्रैक्शन अनुपात R(J/ψ)=0.51±0.12(stat)±0.08(syst)\mathcal{R}(J/\psi) = 0.51 \pm 0.12\text{(stat)} \pm 0.08\text{(syst)} का मापन रिपोर्ट करता है, जो 1.8 मानक विचलन के भीतर स्टैंडर्ड मॉडल भविष्यवाणियों के अनुरूप है।

मूल लेखक: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, 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, S.
प्रकाशित 2026-06-10
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मूल लेखक: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, 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, S. Akar, K. Akiba, H. Al Saleh, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, 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, 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, Z. B. Bai, 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. Baron, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. 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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, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, G. Chizhik, V. Chobanova, A. Christakakis, M. Chrzaszcz, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, 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, G. C. Costantino, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, N. Crepet, M. Cruz Torres, M. Cubero Campos, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, 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, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, A. C. dos Reis, J. Dos Santos Oliveira, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, K. Duwe, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, 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. 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Goncerz, G. Gong, J. A. Gooding, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, R. Grande Quartieri, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, Q. Han, S. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. J. Harris, L. Hartman, 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, 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. Huang, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. 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Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, W. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, 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, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, M. Lupberger, E. Luppi, K. Lynch, S. Lyu, X. -R. Lyu, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, G. Mancinelli, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. M. Manganella, D. Manuzzi, S. Mao, 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, C. Martinez, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, 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, S. E. R. Medaer, 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, 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, N. Muangkod, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, J. Nombela Royo, C. Normand, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, C. J. G. Onderwater, 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, 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, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. 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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, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, N. Walter, 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. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, A. Wasili, 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, R. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, Z. Yang, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, K. Yu, X. Yuan, Y Yuan, J. A. Zamora Saa, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, S. H Zeng, C. Zhang, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, Q. Z. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, J. Zhao, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, D. Zuliani, G. Zunica, X. Zuo

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 रेसट्रैक है जहाँ सूक्ष्म कण प्रकाश की गति के करीब दौड़ रहे हैं। CERN (यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन) में, वैज्ञानिक लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (LHC) नामक एक विशाल मशीन का उपयोग प्रोटॉन को आपस में टकराने के लिए करते हैं, जिससे नए कणों की एक अराजक लेकिन आकर्षक बौछार पैदा होती है।

यह शोध पत्र LHCb सहयोग (collaboration) की एक रिपोर्ट है, जो वैज्ञानिकों की एक ऐसी टीम है जो इस रेसट्रैक पर अत्यंत सटीक जासूसों की तरह काम करती है। उनका काम Bc+B_c^+ मेसॉन जैसे विशिष्ट, अल्पजीवी कणों को पकड़ना और यह देखना है कि वे कैसे टूटते हैं।

रहस्य: क्या सभी कण एक ही नियमों का पालन करते हैं?

भौतिकी के स्टैंडर्ड मॉडल (ब्रह्मांड कैसे काम करता है, इसका हमारा वर्तमान सर्वश्रेष्ठ नियम पुस्तिका) में, एक नियम है जिसे लेप्टोन फ्लेवर यूनिवर्सैलिटी (Lepton Flavor Universality) कहा जाता है। इस नियम को एक क्लब के सख्त बाउंसर की तरह समझें जो कहता है, "इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप कौन हैं—चाहे आप म्यूऑन (एक भारी इलेक्ट्रॉन कजिन) हों या ताऊ (एक और भी भारी कजिन)—आपको समान वीआईपी ट्रीटमेंट मिलेगा।"

इस नियम के अनुसार, जब एक Bc+B_c^+ मेसॉन टूटता है, तो उसके द्वारा म्यूऑन या ताऊ उत्पन्न करने की संभावना समान होनी चाहिए, बशर्ते आप उनके अलग-अलग वजन के लिए समायोजन कर लें। हालांकि, हाल के वर्षों में, अन्य प्रयोगों में एक "ग्लिच" (खराबी) देखी गई है: ऐसा लगता है कि भारी ताऊ कण नियम पुस्तिका की भविष्यवाणी से अधिक बार दिखाई दे रहे हैं। इससे वैज्ञानिक सोचने पर मजबूर हैं कि क्या नियम पुस्तिका का कोई पन्ना गायब है या वहां कोई नया, अनदेखा बल काम कर रहा है।

प्रयोग: एक उच्च-दांव वाला सिक्का उछालना

इसकी जांच करने के लिए, LHCb टीम ने एक विशिष्ट प्रकार के क्षय (decay) को देखा। कल्पना कीजिए कि Bc+B_c^+ मेसॉन एक जनक कण (parent particle) है जो दो मुख्य भागों में विभाजित होता है:

  1. एक J/ψJ/\psi कण (जो एक स्थिर, पहचानने योग्य "बच्चा" है जिसे वैज्ञानिक आसानी से देख सकते हैं)।
  2. एक लेप्टोन (या तो म्यूऑन या ताऊ) और एक न्यूट्रिनो (एक भूतिया कण जिसे पकड़ना लगभग असंभव है)।

वैज्ञानिकों ने यह गणना करना चाहा कि जनक कण कितनी बार ताऊ मार्ग चुनता है बनाम म्यूऑन मार्ग। उन्होंने एक अनुपात निकाला, जिसे वे R(J/ψ)R(J/\psi) कहते हैं।

  • यदि नियम पुस्तिका एकदम सही है, तो यह अनुपात लगभग 0.26 होना चाहिए।
  • यदि "ग्लिच" वास्तविक है और ताऊ को प्राथमिकता दी जाती है, तो अनुपात अधिक होगा।

जासूसी का काम: शोर को छाँटना

चुनौती यह है कि रेसट्रैक अविश्वसनीय रूप से शोर भरा है। हर उस वास्तविक क्षय के लिए जिसे वैज्ञानिक देखना चाहते हैं, लाखों अन्य कण टकराव होते हैं जो समान दिखते हैं लेकिन वे वह नहीं हैं जिन्हें वे ढूंढ रहे हैं। यह एक हिंसक रूप से हिलते हुए बाल्टी में रेत के ढेर में एक विशिष्ट लाल मार्बल खोजने जैसा है।

इसे हल करने के लिए, टीम ने 2016-2018 के डेटा का उपयोग किया (डेटा की एक विशाल मात्रा, जो 5.4 "इनवर्स फेमटोबार्न" के बराबर है)। उन्होंने एक परिष्कृत फ़िल्टर सिस्टम बनाया:

  • "अनपेयर्ड" (Unpaired) म्यूऑन: उन्होंने एक विशिष्ट सिग्नेचर की तलाश की: एक J/ψJ/\psi (जो दो म्यूऑन में टूटता है) और एक अतिरिक्त म्यूऑन। यह अतिरिक्त म्यूऑन ही सुराग है।
  • भूतिया सुराग: चूंकि ताऊ कण एक म्यूऑन और दो अदृश्य न्यूट्रिनो में टूट जाता है, इसलिए वैज्ञानिक ताऊ को सीधे नहीं देख सके। इसके बजाय, उन्होंने "लापता ऊर्जा" (missing energy) और कणों के घूमने के तरीके को देखकर यह अनुमान लगाया कि क्या वहां एक ताऊ मौजूद था।
  • बाउंसर की सूची: उन्होंने नकली संकेतों को खारिज करने के लिए कंप्यूटर एल्गोरिदम (एक स्मार्ट बाउंसर की तरह) का उपयोग किया, जैसे कि यादृच्छिक म्यूऑन जो बस एक-दूसरे के पास आ गए थे, या ऐसे कण जिनकी गलत पहचान की गई थी।

परिणाम: एक कदम करीब, लेकिन कोई बड़ी सफलता नहीं

लाखों टकरावों को छाँटने के बाद, टीम को अपना उत्तर मिल गया:

  • मापा गया अनुपात: उन्हें R(J/ψ)=0.51R(J/\psi) = 0.51 मिला।
  • अनिश्चितता (Uncertainty): चूंकि डेटा जटिल है, इसलिए इसमें त्रुटि की एक सीमा है। वास्तविक मान संभवतः 0.31 और 0.71 के बीच है (मोटे तौर पर)।
  • तुलना: स्टैंडर्ड मॉडल लगभग 0.26 का मान बताता है।

0.51 का परिणाम उम्मीद से अधिक है, जो रोमांचक है। हालांकि, "त्रुटि की सीमा" (सांख्यिकीय अनिश्चितता) के कारण, यह परिणाम भविष्यवाणी से केवल 1.8 मानक विचलन (standard deviations) दूर है।

यहाँ एक सरल उदाहरण है कि इसका क्या अर्थ है:
यदि स्टैंडर्ड मॉडल की भविष्यवाणी एक लक्ष्य (टारगेट) है, तो वैज्ञानिकों का परिणाम एक डार्ट फेंकने जैसा है जो बुल्सआई (bullseye) के काफी करीब तो गिरा है लेकिन बिल्कुल उस पर नहीं। कण भौतिकी की दुनिया में, "खोज" (भौतिकी का एक नया नियम) का दावा करने के लिए, आपको लक्ष्य से 5 मानक विचलन दूर होना आवश्यक है। यह परिणाम एक "संकेत" या "धक्का" है, लेकिन यह अभी तक कोई ठोस प्रमाण नहीं है। यह पुराने नियमों के अनुरूप है, लेकिन यह संभावना भी खुली छोड़ देता है कि शायद नियमों में थोड़ा बदलाव करने की आवश्यकता हो सकती है।

यह क्यों महत्वपूर्ण है

यह माप पिछले प्रयासों की तुलना में एक सुधार है। वैज्ञानिकों ने "शोर" (सिस्टमैटिक एरर) को काफी कम कर दिया है, जिससे उनका माप पहले की तुलना में बहुत अधिक सटीक हो गया है। उन्होंने बेहतर सैद्धांतिक गणनाओं (Lattice QCD नामक क्षेत्र से) का भी उपयोग किया ताकि वे जान सकें कि "लक्ष्य" वास्तव में कैसा दिखना चाहिए।

संक्षेप में:
LHCb टीम ने भारी कणों के क्षय होने के तरीके पर बारीकी से नज़र डाली। उन्होंने पाया कि भारी कणों (ताऊ) के अधिक बार दिखाई देने की हल्की प्रवृत्ति है, जैसा कि मानक नियम पुस्तिका भविष्यवाणी करती है। हालांकि, सबूत अभी इतने मजबूत नहीं हैं कि यह कहा जा सके कि नियम पुस्तिका गलत है। यह एक दिलचस्प सुराग है जो "लेप्टोन फ्लेवर यूनिवर्सैलिटी" के रहस्य को जीवित रखता है, और वैज्ञानिकों को और अधिक डेटा एकत्र करने और अपने उपकरणों को और बेहतर बनाने के लिए प्रेरित करता है।

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