Improved search for radiative transitions
BESIII डिटेक्टर के के एक उन्नत डेटासेट का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन रेडिएटिव ट्रांजिशन के लिए कोई महत्वपूर्ण सिग्नल नहीं पाता है और उनके ब्रांचिंग फ्रैक्शन्स और पार्शियल डिके विड्थ्स पर नए, कड़े 90% कॉन्फिडेंस लेवल अपर लिमिट निर्धारित करता है, जो पिछले प्रतिबंधों को क्रमशः लगभग तीन और दो के कारकों से कम करता है।
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उप-परमाणु दुनिया के भीतर, चारमोनियम (charmonium) के रूप में ज्ञात कण एक भारी चार्म क्वार्क और उसके प्रति-पदार्थ जुड़वां (antimatter twin) के क्षणिक जोड़े के रूप में मौजूद होते हैं, जो मजबूत परमाणु बल द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। इनमें से, एक विशेष रूप से दिलचस्प अवस्था है, जो उस ऊर्जा दहलीज के ठीक ऊपर स्थित है जहाँ ये क्वार्क जोड़े टूटकर ओपन चार्म कणों में बदल सकते हैं। भौतिकविदों ने लंबे समय से यह उम्मीद की है कि यह कण लगभग विशेष रूप से उन ओपन चार्म जोड़ों में क्षय (decay) होगा, फिर भी प्रेक्षणों ने संकेत दिया है कि यह कभी-कभी अन्य, हल्के कणों में परिवर्तित होता है। एक विशिष्ट रूपांतरण जिसके लिए सिद्धांतकार पुष्टि करने के लिए उत्सुक रहे हैं, वह है का प्रकाश की एक चमक, या एक फोटॉन, उत्सर्जित करना और नामक एक अलग, कसकर बंधे हुए अवस्था में बदलना। यह एक रेडिएटिव ट्रांज़िशन (radiative transition) है, जो भारी कण के ऊर्जा त्यागने और अपनी आंतरिक संरचना बदलने का एक तरीका है। यह समझना कि क्या और कितनी बार ऐसा होता है, महत्वपूर्ण है क्योंकि इस क्षय की दर यह प्रकट कर सकती है कि क्या कण बिल्कुल वैसा ही व्यवहार करता है जैसा सरल मॉडल भविष्यवाणी करते हैं, या क्या अधिक जटिल क्वांटम प्रभाव, जिनमें आभासी कण (virtual particles) अस्तित्व में आते और गायब होते रहते हैं, एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहे हैं।
BESIII डिटेक्टर का उपयोग करने वाली शोधकर्ताओं की एक टीम, जो उच्च-ऊर्जा टकरावों के मलबे को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया एक विशाल उपकरण है, इस विशिष्ट प्रकाश-उत्सर्जक रूपांतरण के साक्ष्य खोजने के लिए आगे बढ़ी। उन्होंने अरबों इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन टकरावों वाले डेटा के एक विशाल संग्रह का विश्लेषण किया, जो इस सिग्नल को खोजने के पिछले प्रयासों में उपयोग किए गए नमूने से सात गुना बड़ा था। आवेशित कणों के पथ और फोटॉन की ऊर्जा को सावधानीपूर्वक पुनर्निर्मित करके, उन्होंने के एक फोटॉन और एक कण में बदलने और फिर उस के तुरंत विशिष्ट कॉन (kaons) और पायोन (pions) के संयोजन में क्षय होने के विशिष्ट हस्ताक्षर की तलाश की। अपने डेटा सेट के विशाल आकार और अपने उपकरणों की सटीकता के बावजूद, शोधकर्ताओं को कोई महत्वपूर्ण सिग्नल नहीं मिला। डेटा ने उन नए कणों की उपस्थिति का संकेत देने वाले स्पष्ट शिखर (peak) को नहीं दिखाया; इसके बजाय, देखे गए इवेंट ज्ञात बैकग्राउंड प्रक्रियाओं के अनुरूप थे जो सिग्नल की नकल करते हैं लेकिन उस रूपांतरण में शामिल नहीं होते हैं जिसके बारे में पूछा गया है।
चूंकि कोई सिग्नल नहीं मिला, इसलिए टीम इस क्षय की दर को मापन करने में सक्षम नहीं हुई। इसके बजाय, उन्होंने इस बात की सख्त संभव ऊपरी सीमाएं (upper limits) की गणना की कि यह घटना कितनी बार हो सकती है बिना उनके डेटा का खंडन किए। उन्होंने निर्धारित किया कि के एक फोटॉन और हल्के अवस्था में क्षय होने की प्रायिकता से कम है, और के थोड़े भारी संस्करण के लिए, यह सीमा और भी कम है। क्षय के दौरान उत्सर्जित होने वाली ऊर्जा के संदर्भ में, उन्होंने स्थापित किया कि हल्के संक्रमण की दर से कम है, और भारी वाले के लिए, यह से कम है। ये नई सीमाएं पिछले मापों की तुलना में काफी सख्त हैं, जो प्रभावी रूप से उन व्यापक सैद्धांतिक भविष्यवाणियों को खारिज करती हैं जिन्होंने सुझाव दिया था कि यह क्षय बहुत अधिक बार होना चाहिए।
परिणाम सैद्धांतिक भौतिकविदों के लिए काम करने हेतु एक स्पष्ट सीमा प्रदान करते हैं। जबकि कुछ मॉडल जिनमें ओपन चार्म चैनलों के साथ जटिल अंतःक्रियाएं शामिल हैं, ऐसी दरएं बताते हैं जो अभी भी इन नई, सख्त सीमाओं के अनुकूल हैं, अन्य मॉडल जो विशिष्ट सापेक्षतावादी सुधारों (relativistic corrections) पर निर्भर करते हैं, ऐसी दरें भविष्यवाणी करते हैं जो इस बेहतर संवेदनशीलता के साथ भी पता लगाने के लिए बहुत कम हैं। सिग्नल की अनुपस्थिति यह सुझाव देती है कि यदि यह रूपांतरण होता भी है, तो यह एक बहुत ही दुर्लभ घटना है, जो प्रारंभिक गणनाओं द्वारा सुझाए गए स्तर की तुलना में बहुत कम बार होती है। यह खोज क्वार्क्स को एक साथ रखने वाले बलों की हमारी समझ को परिष्कृत करने में मदद करती है, यह पुष्टि करती है कि का व्यवहार ओपन चार्म में एक सरल क्षय की तुलना में अधिक सूक्ष्म है, फिर भी शायद कुछ विलक्षण क्वांटम हस्तक्षेप (exotic quantum interference) की आशा की गई तुलना में उतना नाटकीय नहीं है। यह अध्ययन अधिक डेटा एकत्र करके सीमाओं को आगे बढ़ाने की शक्ति के प्रमाण के रूप में खड़ा है, भले ही उत्तर एक बड़ी खोज के बजाय एक शांत "नहीं" हो।
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