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Branching fraction measurement of the B0→K+π−μ+μ−B^0\to K^+π^-μ^+μ^- decay at high dihadron mass

LHCb डिटेक्टर द्वारा एकत्र किए गए 8.4 fb⁻¹ प्रोटॉन-प्रोटॉन टक्कर डेटा का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन 1000 और 1835 MeV/c² के बीच K+π−K^+\pi^- द्रव्यमान स्पेक्ट्रम में B0→K+π−μ+μ−B^0\to K^+\pi^-\mu^+\mu^- क्षय के ब्रांचिंग अंश (branching fraction) के पहले विभेदक मापन (differential measurement) की रिपोर्ट करता है, जिसमें उस क्षेत्र में J/ψJ/\psi अनुनाद (resonance) के ऊपर इस क्षय का पहला अवलोकन शामिल 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 2026-10-14
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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, 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. 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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

उप-परमाणु जगत में, प्रकृति नियमों के एक सख्त समूह का पालन करती है जिसे 'स्टैंडर्ड मॉडल' कहा जाता है, यह एक ऐसा सिद्धांत है जिसने दशकों से कणों के व्यवहार की सफलतापूर्वक भविष्यवाणी की है। हालाँकि, भौतिकविदों को लंबे समय से संदेह रहा है कि यह नियम पुस्तिका अधूरी है, जिसमें एक ऐसा अध्याय गायब है जो ब्रह्मांड के गहरे रहस्यों की व्याख्या कर सके। इन लापता टुकड़ों को खोजने के लिए, वैज्ञानिक उन क्षणों की तलाश करते हैं जहाँ प्रकृति अपने ही नियमों को तोड़ती हुई प्रतीत होती है। देखने के लिए सबसे आशाजनक स्थानों में से एक 'B मेसॉन' नामक भारी कणों का क्षय (decay) है। ये अस्थिर कण, जो उच्च-ऊर्जा टकरावों में उत्पन्न होते हैं, अंततः हल्के कणों में टूट जाते हैं। कभी-कभी, वे इस तरह से परिवर्तित होते हैं जो सैद्धांतिक रूप से संभव तो है लेकिन अत्यंत दुर्लभ है: एक B मेसॉन के भीतर एक भारी 'बॉटम क्वार्क' एक हल्के 'स्ट्रेंज क्वार्क' में बदल जाता है, और इस प्रक्रिया में म्यूऑन (इलेक्ट्रॉन के भारी चचेरे भाई) का एक जोड़ा उत्सर्जित करता है। स्टैंडर्ड मॉडल में यह विशिष्ट रूपांतरण इतना दुर्लभ है कि अनुमानित दर से जरा सा भी विचलन नए, अनदेखे बलों या कणों की उपस्थिति का संकेत दे सकता है।

वर्षों से, शोधकर्ता इन दुर्लभ क्षयों को माप रहे हैं, और एक पैटर्न उभर कर आया है। कई अलग-अलग प्रयोगों में, इन घटनाओं की आवृत्ति और कणों के अलग होने के कोणों ने स्टैंडर्ड मॉडल के भविष्यवाणियों के साथ एक सुसंगत, पहेलीनुमा बेमेल दिखाया है। यह विसंगति यह सुझाव देती है कि इन अंतःक्रियाओं की शक्ति को नियंत्रित करने वाले गणितीय मान हमारी सोच से भिन्न हो सकते हैं। इस पहेली को सुलझाने के लिए, वैज्ञानिकों को विभिन्न स्थितियों में अत्यधिक सटीकता के साथ इन क्षयों को मापने की आवश्यकता है, यह देखते हुए कि सिद्धांत कहाँ विफल हो सकता है। CERN में LHCb सहयोग (collaboration) इस प्रयास के मोर्चे पर रहा है, जो प्रोटॉन को आपस में टकराने के लिए लार्ज हैड्रोन कोलाइडर का उपयोग करता है और इन अध्ययनों के लिए आवश्यक भारी कणों का निर्माण करता है।

हाल के एक अध्ययन में, LHCb टीम ने एक विशिष्ट प्रकार के क्षय पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ एक तटस्थ B मेसॉन, म्यूऑन के एक जोड़े और आवेशित कणों के एक जोड़े (एक धनात्मक कौण और एक ऋणात्मक पायोन) में टूट जाता है। जबकि पिछले अध्ययनों में इस क्षय को तब देखा गया था जब कौण और पायोन एक-दूसरे के सापेक्ष धीमी गति से चल रहे थे, इस नए कार्य ने उच्च-ऊर्जा क्षेत्र में खोज का विस्तार किया है। शोधकर्ताओं ने 2011 और 2018 के बीच एकत्र किए गए डेटा का विश्लेषण किया, जो टक्कर की घटनाओं की एक विशाल मात्रा के अनुरूप है। उन्होंने विशेष रूप से कौण-पायोन जोड़े के द्रव्यमान (mass) को देखा, एक ऐसा माप जो हमें बताता है कि उनकी गति और अंतःक्रिया में कितनी ऊर्जा बंधी हुई है। टीम ने उस सीमा पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ यह द्रव्यमान 1000 और 1835 द्रव्यमान-ऊर्जा इकाइयों के बीच है, एक ऐसा क्षेत्र जिसे इस विशिष्ट क्षय मोड के लिए पहले पूरी तरह से नहीं खोजा गया था।

इस विश्लेषण के लिए अरबों टक्कर की घटनाओं में से उन कुछ चुनिले अंशों को खोजने की आवश्यकता थी जो इस दुर्लभ क्षय के हस्ताक्षर (signature) से मेल खाते हों। टीम ने बैकग्राउंड शोर (background noise) को फ़िल्टर करने के लिए परिष्कृत कंप्यूटर एल्गोरिदम का उपयोग किया, जो अन्य कण अंतःक्रियाओं से बना होता है जो सिग्नल की नकल कर सकते हैं। एक बार जब उन्होंने वास्तविक घटनाओं को अलग कर लिया, तो उन्होंने विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर यह क्षय कितनी बार होता है, इसका मापन किया। परिणाम स्पष्ट थे: इस विशिष्ट उच्च-द्रव्यमान क्षेत्र में इस क्षय को पहली बार देखा गया था, और टीम ने सफलतापूर्वक इसके होने की दर को मापा। उन्होंने पाया कि यह क्षय एक ऐसी आवृत्ति के साथ होता है जिसे सटीक रूप से परिमाणित किया जा सकता है, जो एक नया डेटा बिंदु प्रदान करता है जो इन कणों के व्यवहार को समझने में मदद करता है।

महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने उस क्षेत्र में भी क्षय का अवलोकन किया जहाँ म्यूऑन जोड़े की ऊर्जा बहुत अधिक है, जो 'J/psi' नामक एक प्रसिद्ध कण की ऊर्जा से बहुत ऊपर है। इन उच्च-ऊर्जा क्षेत्रों में, यह क्षय पहले कभी नहीं देखा गया था। टीम ने इन क्षेत्रों में क्षय के अस्तित्व की पुष्टि की और इसकी दर को मापा, जिसमें पाया गया कि जैसे-जैसे ऊर्जा बढ़ती है, यह घटता जाता है—एक ऐसा व्यवहार जो कणों के घूमने के लिए उपलब्ध स्थान की अपेक्षित सीमाओं के अनुरूप है। यह मापन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह ऊर्जाओं की एक विस्तृत श्रृंखला में इस क्षय की तस्वीर को पूरा करता है। इन नए परिणामों को निम्न ऊर्जाओं के पिछले मापों के साथ जोड़कर, वैज्ञानिकों के पास अब इस क्षय के शुरू से अंत तक के व्यवहार का एक पूर्ण दृश्य है।

ये निष्कर्ष अभी तक यह सिद्ध नहीं करते कि स्टैंडर्ड मॉडल गलत है, लेकिन वे इसे परीक्षण करने के लिए एक बहुत अधिक सटीक उपकरण प्रदान करते हैं। नया डेटा सिद्धांतकारों को वास्तविकता के साथ अधिक सटीकता के साथ अपनी भविष्यवाणियों की तुलना करने की अनुमति देता है, विशेष रूप से उन उच्च-ऊर्जा क्षेत्रों में जहाँ नए भौतिकी के प्रभाव अधिक सूक्ष्म हो सकते हैं। यह अध्ययन शामिल कणों के बीच जटिल अंतःक्रियाओं की समझ को भी परिष्कृत करने में मदद करता है, जो सटीक भविष्यवाणियां करने के लिए आवश्यक हैं। डेटा के इन अंतरालों को भरकर, LHCb सहयोग ने इस दुर्लभ प्रक्रिया का एक अधिक पूर्ण मानचित्र वैज्ञानिक समुदाय को दिया है, जो हमें यह समझने के एक कदम और करीब ले आया है कि क्या ब्रह्मांड हमारे वर्तमान सिद्धांतों से परे रहस्य रखता है।

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