Differential measurement of the branching fraction and CP asymmetry of the decay B±→π±μ+μ−
9 fb−1のLHCbによる陽子陽子衝突データを用い、本研究は様々なディミューオン質量間隔におけるB±→π±μ+μ−崩壊の分岐比およびCP非対称性の微分測定を提示しており、その結果は概ね標準模型の予測と一致している。
原著者: 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. Belov, 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, D. Brundu, 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, D. H. Campora Perez, 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, 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, M. Ferrillo, 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. K. 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, R. Murta, 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. 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. 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, 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
原論文は CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 ✨ これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
宇宙を、微小な粒子が光速に近い速度で駆け巡る、巨大で高速なサーキット(レース場)だと想像してみてください。CERNのLHCb実験は、そのコース脇に陣取った超精密なフォトグラファーであり、探偵のようなチームです。彼らは衝突の様子を何百万枚もの写真に収め、そのレースのルールを理解しようとしています。
この特定の論文は、非常に稀で扱いが難しい事象について扱っています。それは、B中間子(具体的には電荷を持つB±)が、軽いパイ中間子(π±)と一対のミューオン(μ+μ−)へと崩壊するという現象です。このB中間子を、突然粉々に砕け散る重いボウリングの球だと考えてください。その破片は、テニスボール(パイ中間子)と、二つの重いボウリングのピン(ミューオン)になります。
以下に、科学者たちが何を行い、何を見出したのかを、簡単な比喩を用いて解説します。
1. 目標:希少なゴーストを捕らえる
素粒子物理学の世界では、常に起きている事象もあれば、ビーチにある特定の砂粒を見つけることくらい稀な事象もあります。B±→π±μ+μ− の崩壊は、そのような稀な事象の一つです。
科学者たちは二つのことを測定しようとしました:
- それがどのくらいの頻度で起きるか: 彼らは「分岐比(branching fraction)」を計算しました。これは、この特定の粉砕が、粒子が壊れる他のあらゆる方法と比較して、どの程度の確率で起こるかを示すものです。
- それは公平か?: 彼らは「CP非対称性」を測定しました。標準模型(現在の物理学のルールブック)では、物質と反物質は、鏡に映した姿のように、ほぼ同一に振る舞うはずです。もし差が見つかれば、それは左手用の手袋が右手にうまくフィットしないのを見つけるようなものです。これは「新しい物理学(まだ発見されていない未知のルール)」の兆候となり得ます。
2. 手法:ゴミの中から選別する
LHCb検出器は、9年間の衝突データ(「9 fb⁻¹」と呼ばれるデータ量)を収集しました。しかし、生のデータは非常に乱雑です。それは、葉っぱ、小枝、石が混ざった山の中から、特定の種類の葉を見つけ出すような作業です。
- フィルター: 彼らは、信号(本物の B±→π±μ+μ− イベント)を背景ノイズ(見た目が似ているだけのランダムな粒子)から分離するために、コンピュータによる「決定木(Boosted Decision Tree)」を使用しました。
- 比較: 測定の正確性を期すため、彼らは「制御チャネル(control channel)」、つまりより一般的でよく理解されている崩壊(B±→J/ψK±)と比較しました。これは、希少で小さなダイヤモンドを、標準的な金塊と比較して、天秤が正しく校正されているかを確認するようなものです。
- 区間(インターバル): 彼らはイベント全体を一括りにするのではなく、二つのミューオンのエネルギー(q2と呼ばれます)に基づいてデータを「ビン(bin)」に分割しました。これは、衝突の破片を異なる時間間隔で観察することで、パターンが変化するかどうかを確認するようなものです。
3. 結果:基本的には正常だが、いくつかの不具合も
数値を精査した結果、以下のことが判明しました。
- 発生率: この崩壊の頻度は、標準模型の予測と非常によく一致しています。ボウリングの球は、物理学の教科書が予言した通りに砕け散ったのです。
- 「新しい物理学」のチェック: 彼らは、結果をいくつかの異なる理論モデル(「ルールブック」)と比較しました。
- ほとんどのモデルは、誤差の範囲内で彼らのデータと一致しています。
- 統計学において、「3シグマ(sigma)」は強いヒントではありますが、証明ではありません。「5シグマ」に達して初めて、発見を主張できます。
- 最大の不一致(3.8シグマ)は、「Flavio25」と呼ばれる特定のモデルとの間にありました。著者らは、このモデルが特定の複雑な相互作用(軽いクォークやチャームモニウム共鳴など)を考慮に入れていないと指摘しています。これは、車の衝突事故の写真を、道路の摩擦を忘れてしまった理論と比較しているようなものです。その理論が写真に適合しないのは、重要な詳細が欠けているからです。
- 鏡のテスト(CP非対称性): 彼らは、物質と反物質の崩壊の違いを測定しました。結果は標準模型と一致しており、「鏡」は依然としてほぼ対称的であることを示しています。
4. 大きな展望: 「指紋」を測る
この論文ではまた、B中間子がカイオンに変わる頻度とパイ中間子に変わる頻度の比(Rπ/K)も計算しています。この比率は、宇宙の基本的な力の強さ(CKM行列要素 ∣Vtd/Vts∣ に関連するもの)を測定するのに役立ちます。
これは、宇宙の「フレーバー構造」の「指紋」を測定することだと考えてください。彼らの指紋の測定値は、現在の世界平均よりも 1.3シグマ高い 数値となっています。これは小さな隆起であって、決して山ではありませんが、注視すべき対象です。
まとめ
LHCbのチームは、膨大な粒子衝突のデータセットを取り扱い、ノイズをフィルタリングし、稀な崩壊を高精度に測定しました。
- 新しい物理学を発見したか? 決定的な証拠は見つかりませんでした。結果は概ね現在の理論と一致しています。
- 何か興味深いことはあったか? はい、特定の理論モデルと比較した場合、局所的な差異(最大3.8シグマ)が見られました。これらはまだ「発見の証明」ではありませんが、議論を継続させるための「興味をそそるヒント」です。
- 結論: 標準模型は依然として成立していますが、科学者たちは、理論のわずかな亀裂が最終的に「発見」へと広がっていくのかを見極めるために、鉛筆を研ぎ澄ませています。
この論文は、これらの測定がこれまでで最も精密なものであると結論付けており、過去の結果を塗り替えるものです。そして、これらは「未知なるもの」への探索のための強固な基礎を提供しています。
技術要約:B±→π±μ+μ− 崩壊の分岐比およびCP非対称性の微分測定
問題と動機
フレーバー変化中性流電(FCNC)過程、特に b→sμ+μ− 遷移は、標準模型(SM)の予測に対して持続的な不一致を示しており、これには分岐比や角度観測量における偏差が含まれる。これらの不一致の起源が、新物理(BSM)によるものか、あるいは過小評価されたハドロン効果によるものかについては議論が分かれているが、潜在的な新物理のフレーバー構造を制約するためには、相補的な観測量が必要である。b→dμ+μ− 遷移を媒介する崩壊である B±→π±μ+μ− は、敏感なプローブを提供する。CKM抑制因子 ∣Vtd/Vts∣2 により、SMの寄与は著しく抑制されているため、この崩壊は、b→s 遷移で示唆されているものと同程度の大きさのBSM寄与に対して高い感度を持つ。さらに、最近の理論的研究によれば、このチャネルにおけるCP非対称性の測定は、SMおよびUスピン対称性の仮定の下で、b→s 遷移における非局所的効果を制約できることが示唆されている。
手法
本解析では、LHCb実験によって重心エネルギー7、8、13 TeVで収集された、積分輝度9 fb−1 に対応する陽子陽子衝突データを利用する。本研究では、微分分岐比 (dB/dq2)、CP非対称性 (ACP)、および B±→π±μ+μ− と B±→K±μ+μ− の崩壊間の分岐比の比 (Rπ/K) に焦点を当てる。
- 選択と再構成: 信号と組合せ背景事象を分離するために、ブーステッド決定木(BDT)分類器を用いて候補を選択する。解析では、粒子識別(PID)戦略を通じて、パイオンモードとカオンモードを区別する。正規化用の制御チャネルとして B±→J/ψK± を用いる。
- フィット戦略: B+→π+μ+μ−、B−→π−μ+μ−、および B±→K±μ+μ− のサンプルに対して、9つの q2 区間(チャームモニウム共鳴を除く)にわたって、拡張アンビン最大尤度フィットを同時に行う。フィットにより、定義された q2 ビンにおける観測量のための収量と効率を抽出する。
- 系統誤差: 系統誤差は、モデル形状の不確かさ(例:信号質量形状、背景パラメータ化)と、効率決定の不確かさ(例:トラッキング、トリガー、PID、およびシミュレーション物理モデル)に分類される。物理的な ACP を生の非対称性から導出するために、生成および検出の非対称性に対する補正を適用する。
- グローバルフィット: 測定された観測量は、GammaComboパッケージを用いて CKM行列要素の比 ∣Vtd/Vts∣ およびワルゼンシュタイン・パラメータ ρ と η を抽出するために使用される。さらに、flavioパッケージを用いて、ウィルソン係数 C9 の対数尤度プロファイルが構築される。
主要な貢献
- 初の微分CP非対称性と比の測定: 本論文は、特定の q2 区間における B±→π±μ+μ− のCP非対称性と分岐比の比 Rπ/K の初の測定結果を報告する。
- 更新された微分分岐比: 以前のLHCbによるより小さなデータセットに基づく結果を置き換える、精度が向上した微分分岐比の更新された測定値を提供する。
- グローバルな制約: 解析は、SMおよび潜在的なBSMシナリオの文脈において、∣Vtd/Vts∣ の同時決定およびウィルソン係数 C9 への制約を提供する。
結果
- 分岐比: 測定された微分分岐比は、一般にSMの予測と一致している。しかし、比較される理論モデルおよび q2 領域に応じて、一致の度合いは 1.4σ から 3.8σ まで変化する。最大の偏差は、軽クォークおよびチャームモニウム共鳴をモデル化していない Flavio25 の予測と比較した際に観察される。
- CKMパラメータ: 2.0<q2<6.0 GeV2/c4 の領域における測定された Rπ/K および ACP を用いて、比 ∣Vtd/Vts∣ は 0.241−0.027+0.030 と決定された。この値は世界平均よりも 1.3σ 高い。
- ウィルソン係数: ウィルソン係数 C9 のプロファイルは、他の係数がSMの値をとると仮定した場合、0.6σ のレベルでSMの期待値と適合していることを示している。最小フレーバー違反の仮定の下では、この結果は B0→K∗0μ+μ− 崩壊におけるアノマリーを説明するために必要な C9 の値と 1.7σ 以内で一致している。
意義
本論文は、B±→π±μ+μ− の微分分岐比がSMの予測と一致していることを確立しているが、最大3標準偏差までの局所的な偏差が観察されている。CP非対称性と分岐比の測定は、フレーバーセクターに対する新しい、独立した制約を提供する。これらの結果は現在、決定的なSMからの逸脱を裏付けるものではないが、BSM寄与のフレーバー構造を制約するための重要な入力となり、b→s 遷移で見られるテンションの解決を目指すグローバルフィットに寄与する。本解析は、フルRun 1およびRun 2のデータセットを用いて、高精度で稀な崩壊を探索するLHCb実験の能力を実証している。
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