First measurements of the branching fractions of and
Met behulp van gegevens verzameld door de BESIII-detector rapporteert dit artikel de eerste waarneming van de hadronische vervallen en , waarbij de vertakkingsfracties worden gemeten en wordt vastgesteld dat hun ratio consistent is met de 12%-regel, terwijl er geen significante intermediaire toestanden of drempelverhogingen worden onthuld.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
In de subatomaire wereld wordt materie opgebouwd uit een handvol fundamentele deeltjes die interageren via krachten die veel complexer zijn dan zwaartekracht of magnetisme. Onder deze deeltjes fungeert een familie genaamd charmonia als een uniek laboratorium voor natuurkundigen. Dit zijn zware, kortlevende deeltjes bestaande uit een charm-quark en zijn antimaterie-tweeling, die zo stevig aan elkaar gebonden zijn dat ze dienen als een schoon startpunt om te bestuderen hoe de sterke kernkracht — de lijm die atoomkernen bij elkaar houdt — zich gedraagt wanneer deze verschuift van een voorspelbaar, wiskundig regime naar een chaotisch, rommelig regime. Wanneer deze zware deeltjes vervallen, vallen ze uiteen in lichtere, meer voorkomende deeltjes, zoals protonen, neutronen en hun neven, de hyperonen. Door precies te observeren hoe vaak een specif으로 zwaar deeltje uiteenvalt in een specifieke combinatie van lichtere fragmenten, kunnen wetenschappers een langdurige vuistregel testen. Deze regel suggereert dat als een zwaardere versie van het deeltje vervalt in een bepaalde combinatie van fragmenten, dit met een snelheid moet gebeuren die ongeveer twaalf procent bedraagt van de snelheid van zijn lichtere broer of zus. Decennialang heeft deze "twaalfprocentregel" standgehouden voor veel vervallen, maar in een paar specifieke gevallen is deze ook beroemdelijk geschonden, wat natuurkundigen in verwarring heeft gebracht over welke verborgen krachten of nieuwe deeltjes hierbij interfereren.
Een team onderzoekers die gebruikmaken van de BESIII-detector bij de BEPCII-collider in China heeft nu een nieuw hoofdstuk aan dit verhaal toegevoegd door een zeldzaam verval te observeren dat nog nooit eerder was gezien. Ze onderzochten miljarden botsingen waarbij twee specifieke zware deeltjes betrokken waren, bekend als J/psi en psi(3686), die in essentie de lichtere en zwaardere broer of zus zijn in de charmoniumfamilie. In hun enorme dataset, die meer dan tien miljard J/psi-gebeurtenissen en meer dan twee miljard psi(3686)-gebeurtenissen bevat, zochten ze naar een zeer specifieke uitkomst: de gelijktijdige creatie van een neutrale eta-meson en een paar neutrale sigma-hyperonen, waarvan er één van materie en de andere van antimaterie is gemaakt. Dit is een moeilijk proces om te vangen omdat de deeltjes die erbij betrokken zijn onstabiel zijn en bijna onmiddellijk in andere dingen vervallen, waardoor onderzoekers de oorspronkelijke gebeurtenis moeten reconstrueren uit een spoor van secundaire deeltjes zoals fotonen, protonen en pionen. Door zorgvuldig door de ruis van achtergrondbotsingen te filteren en de paden van deze vluchtige fragmenten te reconstrueren, slaagde het team erin het eerste duidelijke bewijs te identificeren van dit specifieke verval in de natuur.
De onderzoekers ontdekten dat het lichtere J/psi-deeltje deze specifieke trio van fragmenten produceerde in ongeveer zeven en een half op de honderdduizend vervallen. Het zwaardere psi(3686)-deeltje deed hetzelfde, maar veel minder vaak, met een verschijning in ongeveer één op de drie honderdduizend gevallen. Toen ze deze twee snelheden vergeleken, berekenden ze een ratio van ongeveer zeventien procent. Dit resultaat is significant omdat het nauw aansluit bij de verwachte twaalfprocentregel, waarbij het verschil slechts een kleine marge betreft die binnen het bereik van normale statistische fluctuatie valt. Deze bevinding suggereert dat, in tegen tegenstelling tot sommige andere zeldzame vervallen die de verwachtingen tartten, dit specifieke proces de standaardpatronen volgt die door de theorie worden voorspeld, wat een zeldzaam moment van consistentie biedt in een vakgebied dat vaak wordt gedefieerd door verrassingen.
Buiten het simpelweg tellen van de gebeurtenissen, keken het team ook nauwgezet naar de energie en massa van de deeltjes om te zien of er verborgen structuren in de data verscholen zaten. Soms, wanneer deeltjes vervallen, gaan ze door een korte, intermediaire fase waarin ze een tijdelijke, geëxciteerde versie van een bekend deeltje vormen voordat ze volledig uiteenvallen. De onderzoekers scanden de data op tekenen van deze intermediaire toestanden of voor plotselinge pieken in het aantal gebeurtenissen bij specifieke energieniveaus, wat zou kunnen wijzen op de aanwezigheid van nieuwe, onontdekte deeltjes. Ze vonden niets van dat soort. De data vertoonden een vloeiende distributie zonder onverwachte bulten of pieken, wat aangeeft dat het verval direct plaatsvindt zonder dat er exotische, kortlevende intermediaire toestanden worden gevormd. De afwezigheid van dergelijke verborgen structuren is op zichzelf een belangrijk resultaat, omdat het verschillende theoretische modellen helpt uit te sluiten die voorspelden dat dergelijke kenmerken aanwezig zouden zijn.
De meting werd mogelijk gemaakt door het enorme volume aan data en de precisie van de detector, die de paden van geladen deeltjes kan volgen en de energie van lichtdeeltjes met extreme nauwkeurigheid kan meten. Het team moest rekening houden met vele potentiële bronnen van fouten, van de efficiëntie van hun detectoren tot de wiskundige modellen die werden gebruikt om de botsingen te simuleren, om ervoor te zorgen dat hun definitieve cijfers robuust waren. Ze bevestigden dat het verschil tussen de geobserveerde snelheden en de theoretische voorspelling niet groot genoeg is om een schending van de regel te claimen, noch is het groot genoeg om te wijzen op een nieuwe ontdekking. In plaats daarvan biedt het werk een solide, gemeten datapunt dat netjes in het bestaande kader van de deeltjesfysica past. Door te bevestigen dat dit specifieke verval het verwachte patroon volgt en geen tekenen van exotische interferentie vertoont, helpt de studie ons begrip van hoe de sterke kracht opereert in de overgang tussen de ordelijke en de chaotische fase te verfijnen, en voegt het een betrouwbaar stukje toe aan de complexe puzzel van de subatomaire wereld.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.