Improved measurement of CP violation in Bs0→J/ψπ+π− decays
LHCb के 2015-2018 के डेटा का उपयोग करते हुए, यह शोध पत्र Bs0→J/ψπ+π− क्षय (decays) में CP-उल्लंघनकारी चरण ϕs और संबंधित मापदंडों का एक बेहतर मापन प्रस्तुत करता है, जो मानक मॉडल (Standard Model) के अनुरूप परिणाम देता है और वैश्विक औसत को परिष्कृत कर ϕs=−0.041±0.017rad करता 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. 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. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, I. Belyaev, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, J. L. M. Berkey, R. Bernet, 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, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, C. Bolognani, R. B. Bonacci, 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, C. Breitfeld, J. Brodzicka, J. Brown, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, C. Burr, C. Buti, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, 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, 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, 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. Fernandez Gomez, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, R. A. Fini, M. Fiorini, M. Firlej, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, M. Fontes Vaz, 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, Y. 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, 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, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, M. 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. 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. 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, S. Kholodenko, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. 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, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, 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, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, 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, 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, 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. J. Peters, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. 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, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, 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, B. Rachwal, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, G. Ramsey, M. S. Rangel, 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. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, W. Rose, M. Rotondo, M. S. Rudolph, M. Ruiz Diaz, J. Ruiz Vidal, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, 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, H. Schumacher, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. Scriven, I. Segal, S. Sellam, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, R. S. Sharma, L. Shchutska, T. Shears, J. Shen, Z. Shen, S. Sheng, B. Shi, J. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, E. Shmanin, 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, K. Solovieva, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, G. Souza De Castro, 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, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, M. 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, 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, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, 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, 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. 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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
ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, ब्रह्मांडीय नृत्य मंच (cosmic dance floor) के रूप में करें जहाँ कण नर्तक हैं। लंबे समय तक, भौतिकविदों का मानना था कि यह नृत्य पूरी तरह से सममित (symmetrical) था: यदि आप एक नर्तक को उसके दर्पण-छवि वाले जुड़वां (mirror-image twin) से बदल देते, तो उनके कदम बिल्कुल एक जैसे ही दिखते। इस विचार को "CP समरूपता" (CP symmetry) कहा जाता है। लेकिन गहराई में, उप-परमाणु दुनिया में, एक गुप्त मोड़ है। कभी-कभी ब्रह्मांड अपने जुड़वां के बजाय एक विशेष नर्तक को प्राथमिकता देता है, जिससे समरूपता टूट जाती है। यह सूक्ष्म प्राथमिकता "CP उल्लंघन" (CP violation) कहलाती है, और यही कारण है कि हमारा ब्रह्मांड पदार्थ (matter) से बना है, न कि एक खाली शून्य से जहाँ पदार्थ और प्रति-पदार्थ (antimatter) एक-दूसरे को समाप्त कर देते।
इसे समझने के लिए, हमें Bs0 मेसॉन नामक एक विशिष्ट प्रकार के कण को देखने की आवश्यकता है। इस कण को एक घूमते हुए लट्टू (spinning top) के रूप में सोचें जो अंततः टूटने (decay) से पहले दो अलग-अलग पहचानों के बीच डगमगा सकता है। भौतिकविद इस बात को मापने के लिए जुनूनी हैं कि यह ठीक कैसे डगमगाता है और कैसे टूटता है, क्योंकि "मानक मॉडल" (Standard Model)—जो ब्रह्मांड के काम करने का हमारा सबसे अच्छा नियमकोश है—यह भविष्यवाणी करता है कि यह एक बहुत ही विशिष्ट तरीके से होगा। यदि Bs0 मेसॉन हमारे नियमकोश के अनुसार अलग तरह से डगमगाता या टूटता है, तो यह नए, छिपे हुए बलों या कणों का एक बड़ा सुराग होगा जिन्हें हमने अभी तक नहीं खोजा है। यह ऐसा ही है जैसे यह जांचना कि क्या कोई जादू का खेल भौतिकी के नियमों का पालन करता है या कोई नया जादूगर हवा में से खरगोश निकाल रहा है।
यह शोध पत्र LHCb सहयोग का एक रिपोर्ट है, जो सर्न (CERN) में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) में काम करने वाली वैज्ञानिकों की एक टीम है। उन्होंने लाखों Bs0 मेसॉनों को एक विशिष्ट सेट के कणों में क्षय (decay) होते हुए देखने में कई साल बिताए: एक J/ψ कण (जो जल्दी से दो म्यूऑन में बदल जाता है) और पाई (π+π−) का एक जोड़ा। 2015 और 2018 के बीच एकत्र किए गए डेटा का उपयोग करके, उन्होंने एक अत्यधिक विस्तृत "समय-निर्भर" (time-dependent) विश्लेषण किया। इसका अर्थ यह है कि उन्होंने केवल कणों को गिना नहीं; उन्होंने सटीक रूप से मापा कि क्षय कब हुआ और कण अंतरिक्ष में कैसे उन्मुख (oriented) थे, जैसे कि एक उच्च गति वाला कैमरा एक घूमते हुए लट्टू के गिरने के सटीक क्षण को कैद कर रहा हो।
टीम का मुख्य लक्ष्य "डगमगाने" का एक विशिष्ट कोण मापना था जिसे CP-उल्लंघन चरण (CP-violating phase) कहा जाता है, जिसे ϕs द्वारा दर्शाया गया है। उन्होंने यह भी मापा कि इस बात की कितनी संभावना है कि कण एक विशिष्ट तरीके से क्षय हो (प्रत्यक्ष CP-उल्लंघन पैरामीटर, ∣λ∣) और "भारी" संस्करण के कण के क्षय होने की गति (क्षय चौड़ाई, ΓH) क्या है। अपने विशाल डेटासेट पर गणना करने के बाद, उन्होंने पाया कि CP-उल्लंघन चरण ϕs=−0.077±0.034±0.007 रेडियन है। उन्होंने यह भी पाया कि ∣λ∣=0.993±0.026±0.007 और ΓH=0.610±0.002±0.004 ps−1 है।
सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा यहाँ है: ये परिणाम मानक मॉडल की अपेक्षाओं के अनुरूप हैं, हालांकि मापा गया मान -0.0376 रेडियन के सटीक सैद्धांतिक भविष्यवाणी से थोड़ा अलग है। शोध पत्र नोट करता है कि हालांकि एक छोटा संख्यात्मक अंतर है, लेकिन मापन सिद्धांत के साथ सांख्यिकिक रूप से संगत है। दूसरे शब्दों में, Bs0 मेसॉन एक ऐसे तरीके से नाच रहा है जो हमारे वर्तमान नियमकोश के अनुरूप है, भले ही इसके कदम अंतिम दशमलव तक सटीक मिलान न हों। यह सुनने में "कुछ नया नहीं" लग सकता है, लेकिन कण भौतिकी की दुनिया में, अत्यधिक सटीकता के साथ नियमकोश की पुष्टि करना एक बड़ी जीत है। यह हमें बताता है कि यदि ब्रह्मांड में नए, विलक्षण बल छिपे हुए हैं, तो वे अपने रहस्यों को बनाए रखने में बहुत अच्छे हैं, क्योंकि इस प्रयोग ने अपेक्षित व्यवहार से कोई निर्णायक विचलन नहीं पाया। शोधकर्ताओं ने अपने नए परिणामों को पिछले वर्षों के पुराने डेटा के साथ जोड़कर, माप की सटीकता को और भी अधिक कड़ा कर दिया, लेकिन कहानी वही रहती है: ब्रह्मांड बिल्कुल वैसा ही व्यवहार कर रहा है जैसा हमारी वर्तमान सर्वोत्तम थ्योरी उम्मीद करती है, कम से कम इस विशिष्ट नृत्य चाल के लिए।
तकनीकी सारांश: Bs0→J/ψπ+π− क्षय में CP उल्लंघन के बेहतर मापन पर
समस्या और प्रेरणा
Bs0 मेसॉन प्रणाली में CP-उल्लंघनकारी चरण ϕs का मापन मानक मॉडल (SM) के लिए एक महत्वपूर्ण परीक्षण और उससे परे भौतिकी (physics beyond it) के लिए एक जांच के रूप में कार्य करता है। SM में, ϕs को कैब्रिबो–कोबायोशी–मासाकावा (CKM) मैट्रिक्स तत्वों के आधार पर उच्च सटीकता (ϕsSM≈−0.0376 rad) के साथ अनुमानित किया गया है। जबकि "गोल्डन" क्षय मोड Bs0→J/ψϕ ϕs के लिए प्राथमिक प्रतिबंध प्रदान करता है, Bs0→J/ψπ+π− क्षय b→ccˉs संक्रमणों के बीच ϕs के लिए दूसरी सबसे अच्छी संवेदनशीलता प्रदान करता है। रन 1 डेटा (7 और 8 TeV) और आंशिक रन 2 डेटा (13 TeV) का उपयोग करके पिछले मापन ने एक आधार स्थापित किया, लेकिन SM की सैद्धांतिक सटीकता से मेल खाने और SM का कठोरता से परीक्षण करने के लिए और अधिक परिशुद्धता की आवश्यकता है। यह शोध पत्र LHCb डिटेक्टर द्वारा एकत्र किए गए पूर्ण रन 2 डेटासेट का उपयोग करके एक अद्यतित मापन प्रस्तुत करता है।
कार्यप्रणाली
यह विश्लेषण प्रोटॉन-प्रोटॉन टकराव डेटा का उपयोग करता है जो 13 TeV पर 6 fb−1 की एकीकृत ल्यूमिनोसिटी (integrated luminosity) के अनुरूप है, जिसे 2015 और 2018 के बीच एकत्र किया गया था। डेटासेट को तीन उप-अवधियों (2015–2016, 2017, और 2018) में विभाजित किया गया है ताकि परिवर्तनशील डेटा-लेने की स्थितियों को ध्यान में रखा जा सके।
घटना चयन और पुनर्निर्माण (Event Selection and Reconstruction):
- उम्मीदवारों का पुनर्निर्माण Bs0→J/ψ(μ+μ−)π+π− के माध्यम से किया जाता है।
- सख्त काइनेटिक और टोपोलॉजिकल कट लागू किए जाते हैं, जिनमें ट्रांसवर्स मोमेंटम (pT), इम्पैक्ट पैरामीटर (χIP2), और क्षय समय (>0.3 ps) पर आवश्यकताएं शामिल हैं।
- कॉम्बिनेटोरियल बैकग्राउंड को दबाने के लिए एक बूस्टेड डिसीजन ट्री (BDT) क्लासिफायर का उपयोग किया जाता है, जिसे सिमुलेटेड सिग्नल और साइडबैंड डेटा पर प्रशिक्षित किया गया है।
- गलत पहचान वाले कणों (जैसे, Λb0→J/ψpK−) और आंशिक रूप से पुनर्निर्मित क्षयों से होने वाले बैकग्राउंड को मॉडल और घटाया जाता है।
सिग्नल निष्कर्षण (Signal Extraction):
- सिग्नल और समान-चार्ज कंट्रोल सैंपल्स के माध्यम से J/ψπ+π− इनवेरिएंट मास वितरण पर एक समवर्ती अनबिन्डेड मैक्सिमम-लाइक्लिहुड फिट (simultaneous unbinned maximum-likelihood fit) किया जाता है।
- बैकग्राउंड घटाव के बाद सिग्नल यील्ड लगभग 94,000 घटनाओं के रूप में अनुमानित है।
एम्प्लीट्यूड और समय-निर्भर विश्लेषण (Amplitude and Time-Dependent Analysis):
- विश्लेषण एक समय-निर्भर एम्प्लीट्यूड विश्लेषण करता है, जो प्रत्यक्ष क्षय और Bs0-Bˉs0 दोलन के बीच हस्तक्षेप को ध्यान में रखता है।
- π+π− इनवेरिएंट मास स्पेक्ट्रम को स्केलर (f0) और टेंसर (f2) रेजोनेंस के योगदान को शामिल करने के लिए मॉडल किया गया है। विशेष रूप से, यह विश्लेषण स्पेक्ट्रम को 1.6 GeV/c2 के आसपास बेहतर ढंग से वर्णित करने के लिए एक अतिरिक्त f2(1565) रेजोनेंस को शामिल करता है, इसके साथ f0(980), f2(1270), f0(1500), f2′(1525), और f0(1770) भी शामिल हैं।
- फिट में क्षय-समय रिज़ॉल्यूशन, क्षय-समय दक्षता, और कोणीय दक्षता सुधारों को शामिल किया जाता है। ये दक्षताएँ कंट्रोल चैनल्स (B0→J/ψK∗0) और सुधारात्मक सिमुलेशन का उपयोग करके निर्धारित की जाती हैं।
- फ्लेवर टैगिंग (विपरीत-पक्ष और समान-पक्ष) का उपयोग Bs0 मेसॉन के प्रारंभिक फ्लेवर की पहचान करने के लिए किया जाता है, जिसका अंशांकन (calibration) B+→J/ψK+ और Bs0→Ds−π+ कंट्रोल सैंपल्स का उपयोग करके किया गया है।
फिट प्रक्रिया (Fit Procedure):
- एक पांच-आयामी प्रोबेबिलिटी डेंसिटी फंक्शन (PDF) क्षय समय (t), π+π− इनवेरिएंट मास (mππ), और हेलिसिटी कोण (Ω) के वितरण का वर्णन करता है।
- फिट भौतिक मापदंडों को निकालने के लिए नेगेटिव लॉग-लाइक्लिहुड को कम करता है, जिसमें ϕs, प्रत्यक्ष CP-उल्लंघन पैरामीटर ∣λ∣, और भारी द्रव्यमान आइजनस्टेट का क्षय चौड़ाई ΓH शामिल है।
प्रमुख योगदान और परिणाम
इस कार्य का प्राथमिक योगदान पूर्ण रन 2 डेटासेट का उपयोग करके CP-उल्लंघनकारी मापदंडों की बेहतर परिशुद्धता है। मापे गए मान हैं:
- CP-उल्लंघनकारी चरण: ϕs=−0.077±0.034 (stat)±0.007 (syst) rad।
- प्रत्यक्ष CP-उल्लंघन पैरामीटर: ∣λ∣=0.993±0.026 (stat)±0.007 (syst)।
- भारी द्रव्यमान आइजनस्टेट क्षय चौड़ाई: ΓH=0.610±0.002 (stat)±0.004 ps−1।
ये परिणाम पिछले LHCb मापन और मानक मॉडल की अपेक्षा के अनुरूप हैं। इस विशिष्ट क्षय चैनल में CP उल्लंघन का कोई प्रमाण नहीं देखा गया है।
यह शोध पत्र संयुक्त परिणाम भी प्रस्तुत करता है:
- Bs0→J/ψπ+π− में पिछले रन 1 और आंशिक रन 2 मापन के साथ संयोजन करने पर ϕs=−0.46±0.031 rad प्राप्त होता है।
- b→ccˉs संक्रमणों में सभी अन्य LHCb मापन के साथ एक वैश्विक संयोजन के परिणामस्वरूप ϕs=−0.041±0.017 rad प्राप्त होता है। यह वैश्विक औसत पिछले विश्व औसत की तुलना में लगभग 15% परिशुद्धता में सुधार करता है।
महत्व
शोध पत्र का दावा है कि यह मापन संदर्भ [21] के पिछले परिणामों का स्थान लेता है और मानक मॉडल का अधिक कड़ा परीक्षण प्रदान करता है। Bs0→J/ψπ+π− चैनल में ϕs के मापन को परिष्कृत करके और एक अधिक विस्तृत रेजोनेंट स्ट्रक्चर मॉडल (जिसमें f2(1565) शामिल है) को शामिल करके, यह विश्लेषण एम्प्लीट्यूड मॉडल से संबंधित व्यवस्थित अनिश्चितताओं को कम करता है। परिणामी वैश्विक औसत ϕs का मान SM भविष्यवाणी के अनुरूप रहता है, जो क्वार्क क्षेत्र में CP उल्लंघन की वर्तमान समझ को पुख्ता करता है और संभावित नई भौतिकी योगदानों के प्रति संवेदनशीलता बनाए रखता है। यह कार्य बड़े डेटासेट के साथ उच्च-परिशुद्धता समय-निर्भर एम्प्लीट्यूड विश्लेषण करने की LHCb डिटेक्टर की क्षमता को प्रदर्शित करता है।
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