Comprehensive analysis of the B0→K∗0μ+μ− decay
8.4 fb−1의 LHCb 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하여, 본 논문은 최초의 전체 S-파 관측량 세트와 뮤온 질량 효과를 포함하는 B0→K∗0μ+μ− 붕괴에 대한 포괄적인 분석을 제시하며, 측정된 $CP$ 평균 관측량과 분기비가 표준 모형 예측과 계속해서 긴장 관계를 보이고 있음을 확인한다.
원저자: 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. 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, J. Bhom, 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, 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, H. -P. Dembinski, 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, S. Esen, 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, 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, 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, T. Kirn, V. S. Kirsebom, O. Kitouni, S. Klaver, N. Kleijne, 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, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, S. E. R. Medaer, G. Meier, 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, 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, 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, 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, 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, K. 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, E. N. Stein, 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, D. Torres Machado, 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, 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, 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, Q. Zou, D. Zuliani, G. Zunica
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우주를 아주 작은 입자들이 빛의 속도에 가깝게 질주하는 거대하고 고속인 경주 트랙이라고 상상해 보십시오. LHCb 실험에서 과학자들은 매우 특정한, 드문 충돌을 관찰하는 초정밀 탐정 역할을 하고 있습니다. 바로 **B0 중간자(meson)**라는 무거운 입자가 더 가벼운 K*0 중간자와 한 쌍의 뮤온(전자의 무겁고 유령 같은 사촌 격인 입자)으로 부서지는 현상을 지켜보는 것입니다.
이것은 단순한 충돌이 아닙니다. 물리학자들이 우주가 작동하는 방식을 설명하기 위해 사용하는 규칙 책인 '표준 모델(Standard Model)'에 따르면, 이 특정 붕괴는 마치 태엽 장난감처럼 매우 예측 가능한 방식으로 일어나야 합니다. 하지만 한동안 이 시계는 규칙 책과 약간 어긋나게 움직이고 있었습니다.
거대한 공개: 더 정밀한 시선
이번 연구에서 LHCb 팀은 2011년에서 2018년 사이에 수집된 8.4 fb⁻¹에 해당하는 엄청난 양의 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하여 이 붕계 과정을 역대 가장 상세하게 조사했습니다. 이것은 마치 흐릿한 보안 카메라에서 모든 미세한 뒤틀림과 회전을 볼 수 있는 4K 슬로 모션 카메라로 업그레이드한 것과 같습니다.
그들이 발견한 것:
팀은 일련의 "각도 관측량(angular observables)"을 측정했습니다. 입자들이 불꽃놀이의 파편처럼 튀어나가는 모습을 상상해 보십시오. 이 관측량들은 조각들이 정확히 어느 방향으로 날아가고 어떻게 회전하는지를 알려줍니다.
- 좋은 소식: "CP 비대칭(CP asymmetry)" 관측량(이 충돌에서 우주가 물질과 반물질을 다르게 대하는지 확인하는 지표)은 모두 0에 일치했습니다. 즉, 이 과정에서 우주는 공정하게 작용하고 있으며, 물질과 반물질 사이의 수상한 차이점은 발견되지 않았습니다.
- 긴장 상태(Tension): 그들이 "CP 평균(CP-averaged)" 관측량(입자들의 평균적인 행동)을 살펴보았을 때, 결과는 여전히 표준 모델의 예측과 어긋나는 긴장 패턴을 보여줍니다. 구체적으로, 특정 에너지 범위(4.0 < q² < 6.0 GeV²/c⁴)에서 데이터는 규칙 책과 약 **2.6 ~ 2.7 표준 편차(σ)**만큼 차이를 보입니다.
탐정의 도구 상자에 추가된 새로운 도구들
이 논문은 단순히 과거의 실험을 재현한 것이 아닙니다. 여기에는 몇 가지 완전히 새로운 기술이 도입되었습니다.
- "S-파(S-Wave)"의 미스터리: 이전에는 과학자들이 주로 입자의 주요 "P-파" 스핀만을 관찰했습니다. 이번 연구는 입자가 회전하는 또 다른 방식인 "S-파" 기여도와 그것이 주요 스피닝과 어떻게 간섭하는지를 처음으로 완전히 측정했습니다. 이는 마치 메인 멜로디뿐만 아니라 배경에서 들리는 낮은 웅웅거림까지 마침내 듣게 된 것과 같습니다.
- 무거운 뮤온의 중요성: 팀은 뮤온 자체의 질량이 특히 낮은 에너지 수준(6 GeV²/c⁴ 미만)에서 수학적 계산을 변화시킨다는 점을 깨달았습니다. 이들은 처음으로 이 "무거움"을 계산에 반영했으며, 이것이 중요하다는 것을 밝혀냈습니다.
- 더 좁은 구간(Bins): 데이터를 넓고 흐릿한 바구니에 담는 대신, 에너지 범위를 훨씬 더 좁은 띠 형태로 잘게 나누었습니다. 이를 통해 표준 모델과의 긴장이 정확히 어디에서 발생하는지에 대한 더 선명한 그림을 얻을 수 있었습니다.
그들이 배제한 것 (그리고 배제하지 못한 것)
팀은 자신들이 목격한 "결함"이 단지 배경 소음을 이해하지 못해서 발생한 것인지 확인하기 위해 매우 신중하게 검토했습니다.
- 그들은 이 긴장이 단순한 장거리 효과(예를 들어, 우리가 이미 계산할 수 있다고 알고 있는 방식으로 입자들이 상호작용하는 것) 때문에 발생하는 것이라는 가설을 배제했습니다. 그들의 분석에 따르면 이러한 효과는 불일치를 설명할 만큼 크지 않습니다.
- 그들은 "새로운 물리학(New Physics)"의 가능성을 배제하지 않았습니다. 사실, 이 긴장은 새로운 무언가가 붕괴에 기여하고 있을 가능성을 시사합니다. 만약 표준 모델을 하나의 레시피라고 본다면, 데이터는 아직 레시피에 기재되지 않은 추가적인 비밀 재료(새로운 입자나 힘 같은 것)가 존재할 수 있음을 암시합니다.
- 그들은 새로운 물리학의 존재를 증명하지도 못했습니다. 2.7σ의 긴장은 괴물처럼 보이는 그림자를 보는 것과 같습니다. 그것은 수상하지만, 확정적인 괴물 목격(보통 5σ가 필요함)은 아닙니다. 논문은 결과가 "긴장 패턴을 계속 보여준다"고 명시하며, 즉 미스터리가 여전히 해결되지 않았음을 밝히고 있습니다.
결론
저자들은 전례 없는 정밀도로 B0 → K*0µ+µ− 입자의 붕괴를 측정했습니다. 그들은 우주가 이 과정에서 물질과 반물질을 동등하게 대우하지만, 입자들이 날아가고 회전하는 방식이 특정 에너지 영역에서 표준 모델의 예측과 여전히 일치하지 않는다는 것을 발견했습니다.
그들은 데이터가 특정 매개변수(이하 Re(C9))가 표준 모델 값으로부터 약 -0.93만큼 이동했다는 이론에 부합한다고 계산했습니다. 이 이동은 모든 데이터를 결합했을 때 약 4.1σ에 달할 정도로 유의미하지만, 여전히 새로운 물리학에 대한 "제안"일 뿐이지 확정된 발견은 아닙니다. 논문은 이 긴장이 실재하며 흥미롭지만, 이 "기계 속의 유령"이 정말 새로운 입자인지 아니면 빛의 착시인지 확인하기 위해 더 많은 데이터를 기다리고 있는 사건은 여전히 진행 중이라고 끝을 맺습니다.
기술 요약: CERN-EP-2025-278: B0→K∗0μ+μ− 붕괴에 대한 종합적 분석
문제 및 배경
희귀한 Flavor-Changing Neutral Current(FCNC) 붕괴인 B0→K∗0μ+μ− (여기서 K∗0→K+π−)의 실험적 측정값은 표준 모델(SM) 예측과 지속적인 불일치를 보여왔다. 가상 양자 루프를 통해서만 발생하는 이 과정은 하부 쿼크 전이인 b→sμ+μ−에 의해 매개되며, 매우 억제되어 있다. 이러한 억제 특성은 이 과정을 뉴 피직스(New Physics, NP)를 탐색하기 위한 민감한 프로브로 만들며, 특히 C9와 같은 윌슨 계수(Wilson coefficient)에서의 편차로 나타날 수 있다. 그러나 이러한 긴장 상태(tensions)의 해석에 대해서는 논쟁이 계속되고 있으며, 이것이 NP에 의한 것인지 아니면 과소평가된 SM의 장거리 효과(long-distance effects)에 의한 것인지에 대한 논의가 진행 중이다. 이전의 분석들은 대개 K+π− 시스템을 순수한 P-파 공명(K∗(892)0)으로 취급하였으며, 레프톤 질량 효과나 S-파 성분과의 간섭을 종종 무시하였다.
방법론
본 분석은 LHCb 실험에서 수집된 8.4 fb−1의 적분 휘도(2011, 2012, 2016–2018년 데이터 포함)에 해당하는 양성자-양성자 충돌 데이터를 활용한다. 본 연구는 디뮤온 불변 질량 제곱(q2), K+π− 불변 질량(m(K+π−)), 그리고 세 가지 붕괴 각도(θℓ,θK,ϕ)의 함수로서 미분 붕데율에 대한 5차원 비정형 최대 가능도 적합(unbinned maximum-likelihood fit)을 수행한다.
주요 방법론적 혁신 및 특징은 다음과 같다:
- 운동학적 변수의 동시 처리: 본 분석은 최초로 모든 관련 운동학적 변수를 동시에 처리하며, 이전 연구들보다 더 넓은 범위(0.7459<m(K+π−)<1.0959 GeV/c2)에 걸쳐 m(K+π−)를 명시적으로 포함한다. 이를 통해 P-파(K∗)와 S-파 기여 사이의 간섭을 직접 측정할 수 있다.
- 레프톤 질량 효과: 뮤온의 유한한 질량을 고려하였으며, 이는 q2≲6 GeV2/c4 영역에서 각도 관측량에 상당한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 세 가지 적합 모델이 사용되었다: "완전 질량 모델"(가정 없음), "부분 질량 모델"(유효한 곳에 질량이 없는 레프톤 관계 적용), 그리고 "질량 없음 모델".
- CP 비대칭성: 단일 동시 적합을 통해 6개의 서브샘플(B0/Bˉ0 및 런 기간별로 구분)에 걸쳐 전체 CP-평균 각도 관측량(Si)과 CP-비대칭 관측량(Ai)을 추출한다.
- 배경 잡음 억제: 조합론적 배경 잡음을 억제하기 위해 전용 Boosted Decision Tree (BDT) 분류기를 사용한다. 오식별된 입자(예: Bs0→ϕμ+μ−, B0→J/ψK∗0)에 의한 피킹 배경 잡음은 운동학적 베토(vetoes)와 신경망 분류기를 통해 감소시킨다.
- 검증: 결과 검증을 위해 독립적으로 개발된 두 개의 프레임워크를 사용하여 분석을 두 번 수행하였다. 계통 오차는 모든 q2 빈(bin)에 대해 일관되게 평가되었으며, 관측량의 전체 공분산 행렬이 제공된다.
주요 기여
본 논문은 이 붕괴 모드 분석에 있어 몇 가지 "최초"의 사례를 제시한다:
- 전체 S-파 및 간섭 관측량: K+π− S-파 기여 및 P-파와 S-파 사이의 간섭에 관한 완전한 관측량 세트를 보고한다.
- 레프톤 질량 처리: 각도 관측량을 결정할 때 뮤온 질량 효과를 고려한 최초의 분석이다.
- 미분 분기비: 특정 각도 분포 모델에 의존하지 않고 정규화 모드인 B0→J/ψ(→μ+μ−)K+π−에 대한 상대적 미분 분기비를 동시에 측정한다.
- 완전한 CP 비대칭 세트: CP-평균 관측량과 함께 전체 CP-비대칭 관측량 세트를 측정한 최초의 분석이다.
- 정교해진 빈 설정: q2 의존성에 대한 이해를 높이기 위해 이전 분석들보다 더 좁은 q2 빈을 활용한다.
결과
- CP 비대칭성: 추출된 모든 CP-비대칭 관측량은 0과 일치하며, SM 기대치로부터 유의미한 편차를 보이지 않는다.
- CP-평균 관측량: CP-평균 관측량(Si)과 미분 분기비의 측정값은 이 데이터셋의 일부를 사용한 이전 분석들에서 관찰된 SM 예측과의 긴장 패턴을 지속적으로 보여준다.
- 최적화된 관측량 P5′는 1.1<q2<2.5, 4.0<q2<6.0, 6.0<q2<8.0 GeV2/c4 빈에서 SM 예측(특히 GRvDV 및 ABCDMN 시나리오)과 불일치를 보이며, 긴장도는 1.6σ에서 2.7σ 사이이다.
- 전방-후방 비대칭(AFB)은 2.5<q2<6.0 GeV2/c4 영역에서 1.7σ에서 2.5\sigma}의 긴장을 보인다.
- 미분 분기비는 1.1<q2<6.0 GeV2/c4 빈에서 SM 예측보다 1.5σ에서 2.1σ 낮다.
- 전역 적합(Global Fits): Flavio 및 EOS 패키지를 사용하여 결과를 SM에 적합시켰을 때, 윌슨 계수 C9의 실수부(Re(C9))에 대한 SM 값과의 불일치는 3.6σ (Flavio) 및 3.8σ (EOS)로 증가한다. 미분 분기비를 포함하면 이 유의성은 4.1σ (Flavio) 및 4.0σ (EOS)로 높아진다. 최적의 적합 결과는 Re(C9)의 약 $-0.94$ 정도의 이동을 시사한다.
의의
본 논문은 이 분석이 B0→K∗0μ+μ− 붕괴에 대한 CP-평균 각도 관측량, 관련 CP 비대칭성, 그리고 미분 분기비에 대해 현재까지 가장 정밀한 측정치를 제공한다고 주장한다. S-파 기여를 포함하고, 레프톤 질량을 고려하며, 전체 CP 비대칭성을 측정함으로써, 본 분석은 표준 모델에 대한 더욱 완전하고 견고한 테스트를 제공한다. 결과는 특히 P5′ 관측량과 분기비에서 b→sμ+μ− 섹터의 SM 예측과의 긴장이 존재함을 강화하는 동시에, CP 위반은 0과 일치함을 확인한다. 전체 공분산 행렬의 제공과 모델 독립적인 분기비 결정은 후속 현상론적 분석 및 뉴 피직스 모델에 대한 전역 적합을 용이하게 하기 위함이다.
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