Evidence for the rare decay B+→Λˉpμ+μ−
LHCbの13 TeVにおける陽子・陽子衝突データを用いた研究において、研究者らはΛˉp系の低不変質量領域における3.5標準偏差の有意度をもって、稀な崩壊であるB+→Λˉpμ+μ−の証拠を報告しており、分岐比を約1.70×10−8と測定する一方で、高質量領域については上限値を設定している。
原著者: 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, 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. 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, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, 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. J. 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. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, M. Korolev, 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, 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, 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, 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, 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, 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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宇宙を、微小な粒子という名の建築ブロックが絶えず組み立てられ、衝突し、そして壊されていく、巨大な宇宙規模の建設現場として想像してみてください。ほとんどの場合、これらの粒子は「標準模型」と呼ばれる厳格なルールブックに従い、どのように振る舞うべきかが正確に予測されています。しかし、時として自然界は予期せぬ変化球を投げてきます。この建設現場の特定の隅では、「B中間子」として知られる重い粒子が、非常に予測可能な方法で崩壊(分解)することになっています。しかし、物理学者たちは「稀な崩壊」を追い求めています。それは、標準模型の古いルールブックによれば、頻繁に起こるはずがない、あるいは起こるはずさえないような、奇妙な粒子の組み合わせへとB中間子が崩壊する瞬間です。
B中間子を、通常は2つの特定の破片に壊れる、重くて豪華なおもちゃだと考えてみてください。しかし、もし、めったにないことですが、それがプロトン(陽子)、アンチプロトン(反陽子)、そして一対のミューオン(重い電子のようなもの)へと砕け散ったらどうなるでしょうか?もしこれが起きたとしたら、それは巨大な手がかりになります。それは、目に見えない「幽霊」粒子や新しい力が働き、古いルールブックが予測していなかった方法で、そのおもちゃをバラバラにしている可能性があることを意味します。これらの稀な出来事は、砂利の山の中に、たった一つ見つかる完璧なダイヤモンドを見つけるようなものです。それを見つけることは極めて困難ですが、もし見つかれば、物理学の法則を書き換えることになるかもしれません。
幽霊のような崩壊の追跡
この論文では、CERNのLHCbコラボレーションが、膨大なデータの山をスキャンする超精密な探偵チームとして機能しています。彼らは、プロトンを13 TeVの速度で衝突させている巨大な粒子加速器「大型ハドロン衝突型加速器(LHC)」からの衝突データを調査しました。3年間(2016年〜2018年)にわたり、彼らは5.4フェムトバーン(彼らが観察した衝突の数を示す単位)に相当する膨大なデータを収集しました。彼らの目的は何でしょうか?それは、B+中間子がラムダバリオン、プロトン、そして一対のミューオンへと崩壊する瞬間(B+→Λpμ+μ−)を捉えることでした。
これは、信号が極めて微弱であるため、非常に難しいケースです。それは、轟音の響くスタジアムの真ん中で、たった一丁のバイオリンが特定の音を奏でるのを聴き取ろうとするようなものです。これを行うために、チームは「ブースティッド決定木」(一種のコンピュータの脳)を用いた高度なフィルターを構築し、本物の信号を背景ノイズから分離しました。また、ツールが正しく機能していることを確認するために、既知の一般的な崩壊(B+→J/ψΛp)である「コントロールグループ」を使用して、測定の校正を行いました。
発見:叫び声ではなく、ささやき声
データを精査した後、チームはエキサイティングな、しかし完全な勝利とは言い切れない何かを発見しました。ラムダとプロトンが互いに相対的にゆっくりと動いている領域(具体的には、それらの合算質量が2.8 GeV/c²未満のとき)において、イベントの過剰が確認されました。彼らは、探していた稀な崩壊のように見えるイベントを約15.5個カウントしました。
この発見の統計的有意性は3.5標準偏差です。粒子物理学の世界において、これは、あなたが感じているものが単なる風ではなく、99.9%の確率で何らかの存在であると確信できる「非常に明瞭なささやき声」を聞いたようなものですが、「発見」(通常は5シグマ、つまり99.9999%の確信度を必要とする)と呼ばれるほどの「叫び声」にはまだ達していません。論文では、これを確定的な「観測(Observation)」ではなく、「証拠(Evidence)」と呼んでいます。
チームはこの現象が起こる頻度、すなわち分岐比を測定しました。低質量領域において、彼らは以下の値を見出しました:
Blow(B+→Λpμ+μ−)=(1.70−0.56+0.65(stat)±0.17(syst)±0.14(ext))×10−8
これは、このイベントが1億回のB+崩壊につき、およそ1.7回発生することを意味しており、測定の不確かさに伴う多少の幅が含まれています。
見つからなかったもの
物語は、彼らが見つけたことだけでなく、見つけられなかったことについても語っています。高質量領域(ラムダとプロトンが高速で動いている、2.8 GeV/c²を超える領域)を調べたとき、彼らは何も発見できませんでした。過剰も、信号もなく、ただの背景ノイズでした。このため、彼らは上限値を設定しました。もしこの稀な崩壊が高速ゾーンで起こるとすれば、それは1億回の崩壊につき2.8回未満であるということです(90%信頼区間)。
なぜ重要なのか
彼らが低質量領域でこの「ささやき声」を見たことは重要です。なぜなら、それは「閾値増強(threshold enhancement)」と呼ばれる現象を示唆しているからです。これは、ラムダとプロトンがやっと離れようとしているとき、それらが互いにくっついたり、特別な方法で相互作用したりして、イベントの数を押し上げているように見える、という高度な概念です。この挙動は他の粒子の崩壊でも見られますが、ミューオンを含むこの特定の稀な崩壊においてこれを確認することは、パズルの新しいピースとなります。
この結果は、現在、いくつかの古い理論的予測よりも低い値となっていますが、誤差の範囲内においてそれらと矛盾しないものです。論文は、この特定のバリオン・反バリオン崩壊をミューオンと共に調べたのは、今回が初めてであると結論づけています。これは新しい物理学が存在することを証明するものではありませんが、その基礎を築いています。それは、「幽霊のような崩壊」が目視できるほど実在していることを示しており、これらの重い粒子がどのようにして軽い粒子へと変わるのかを理解するための、より詳細な研究へと誘っています。探索は続いており、今回のところ、探偵たちは非常に有力な手がかりを掴んでいます。
技術要約:稀少崩壊 B+→Λpμ+μ− の証拠
問題と動機
フレーバー変化中性流(FCNC)を介した重いフレーバーを持つハドロンの稀少崩壊(例:b→sℓ+ℓ− 遷移)は、標準模型(SM)ではループレベルのプロセスを通じてのみ発生するため、高度に抑制されています。この抑制により、これらは新しいゲージボソン、レプトクォーク、または超対称的な状態を含む新物理(NP)の寄与に対する敏感なプローブとなります。メソン・チャネルは十分に研究されていますが、バリオン崩壊は非摂動的なハドロン化ダイナミクスや多体運動学を研究するための補完的な環境を提供します。
特定の崩壊である B+→Λpμ+μ− は、そのバリオン最終状態 due to その性質から特に注目されています。このチャネルに関する理論的予測は乏しく、非摂動的効果によって制限されています。既存の標準模型による予測は大きく異なり、初期の推定では分岐比が ∼10−7 であることが示唆されていましたが、更新されたバリオン・フォームファクターを用いた最近の計算では、値がほぼ一桁小さくなっています。さらに、バリオン B 崩壊はしばしば、他のモード(B+→ΛpK+K− や B+→Λpπ+π− など)で観察される現象である、バリオン・反バリオン不変質量閾値付近での「閾値増強(threshold enhancement)」メカニズムを示します。本研究以前には、B+→Λpμ+μ− の実験的測定は存在しませんでしたが、関連するニュートリノ・モード B+→Λpννˉ に対しては上限値が設定されていました。
手法
本解析では、LHCb実験によって収集された、重心エネルギー s=13 TeV、積分ルミノシティ 5.4 fb−1(2016年から2018年にかけて収集)に対応する陽子・陽子衝突データを利用しています。探索対象は、崩壊連鎖 B+→Λpμ+μ−(Λ→pˉπ+ を伴う)です。
- イベント選択: 候補粒子は、高精度トラッキングシステムと粒子識別(PID)検出器を用いて再構成されます。Λ バリオンは、「ロング(すべての検出器内にトラックが存在)」と「ダウンストリーム(Vertex Locatorを除くトラック)」の2つのカテゴリで再構成されます。組合せ背景事象(combinatorial background)を抑制するために、信号シミュレーションおよびデータ・サイドバンド(m(Λpμ+μ−)>5400 MeV/c2)を用いて訓練された、勾配ブースティング決定木(BDT)分類器が使用されます。選択条件は、Punziの性能指標(figure of merit)を最適化するように設定されています。
- 正規化: 分岐比は、トポロジー的に類似した正規化モードである B+→J/ψΛp(J/ψ→μ+μ− を伴う)に対して相対的に測定されます。このモードは、同じ最終状態粒子と再構成カテゴリを共有しています。
- 解析戦略: 信号モードと正規化モードの両方について、不変質量分布 m(Λpμ+μ−) に対する同時拡張非分岐最大尤度フィット(simultaneous extended unbinned maximum-likelihood fit)が行われます。解析は、閾値増強が期待される低質量領域(m(Λp)<2.8 GeV/c2)と、高質量領域(m(Λp)>2.8 GeV/c2)の2つの Λp 不変質量領域に分割されます。
- 系統誤差: フィットモデル(信号および背景の形状)、再構成効率(トラッキング、PID、トリガー)、シミュレーションとデータの間の運動学的補正、および正規化分岐比の外部入力に関する不確実性が評価されます。
主な結果
- 低 m(Λp) 領域: 背景事象のみの期待値に対して、イベントの過剰が観察されました。同時フィットの結果、信号数は Nlow=15.5−5.1+5.9 となりました。統計的有意性は 3.7σ であり、系統誤差を含めると 3.5σ に減少します。これは、この領域における当該崩壊の証拠となります。
- 測定された部分分岐比は以下の通りです:
Blow(B+→Λpμ+μ−)=(1.70−0.56+0.65(stat)±0.17(syst)±0.14(ext))×10−8 - 正規化モードに対する比は 1.95−0.64+0.75(stat)±0.20(syst)% です。
- 測定された部分分岐比は以下の通りです:
- 高 m(Λp) 領域: m(Λp)>2.8 GeV/c2 の領域では、有意な信号は観察されませんでした。フィットは負の中央値に収束しました。CLs 法を用いて上限値が設定されました:
- Bhigh(B+→Λpμ+μ−)<2.8×10−9 (90% CL)
- Bhigh(B+→Λpμ+μ−)<3.7×10−9 (95% CL)
- 全分岐比: 利用可能な全 m(Λp) 領域を積分すると、全分岐比は次のように測定されました:
B(B+→Λpμ+μ−)=(1.53−0.60+0.69(stat)±0.16(syst)±0.13(ext))×10−8
有意性と主張
本論文は、バリオン・反バリオン対を最終状態に持つ半レプトン的 b→sμ+μ− 崩壊の初の探索であると主張しています。低 m(Λp) 領域における 3.5σ の過剰の観察は、この崩壊の証拠を提供し、また b→sℓ+ℓ− 崩壊における閾値増強メカニズムの発現を示唆しています。
測定された分岐比は、初期の理論的予測である ∼10−7 [10] よりも低い値ですが、2σ 以内で整合しています。著者らは、これらの測定が、軽いバリオン対への B メソンの崩壊におけるバリオン・フォームファクターを理解するための不可欠な制約を提供すると述べています。これらの結果は、このチャネルにおける豊かなダイナミクスの詳細な理論的および実験的研究を動機付けることが期待されますが、本論文は新物理の発見や特定の NP モデルの決定的な確認を主張するものではありません。
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