Observation of the decay and measurement of its decay asymmetry
Met behulp van LHCb-gegevens van $pp$-botsingen bij 13 TeV rapporteert dit artikel de eerste observatie van de Cabibbo-onderdrukte verval , waarbij de vertakkingsfractie wordt gemeten als en de verval-asymmetieparameter wordt bepaald als .
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
Het universum is opgebouwd uit een kleine set fundamentele deeltjes, maar de manier waarop deze deeltjes aan elkaar plakken om de materie te vormen die wij zien, wordt beheerst door twee onderscheidende krachten. De ene kracht, de sterke interactie, werkt als een krachtige lijm die quarks aan elkaar bindt tot grotere groepen genaamd hadronen. De andere kracht, de zwakke interactie, is verantwoordelijk voor het veranderen van de identiteit van deeltjes of het verval ervan naar iets anders. Hoewel de sterke kracht goed begrepen is, wordt de zwakke kracht veel moeilijker te voorspellen wanneer deze inwerkt op complexe groepen deeltjes in plaats van op enkelvoudige deeltjes. Natuurkundigen bestuderen deze complexe vervallen om te begrijpen hoe de sterke en de zwakke kracht samenwerken, een relatie die een van de moeilijkste puzzels in de moderne natuurkunde blijft. Door te observeren hoe specifieke deeltjes uit elkaar vallen, kunnen wetenschappers de regels van het Standaardmodel testen, het kader dat alle bekende materie en krachten beschrijft. Als het geobserveerde gedrag niet overeenkomt met de voorspellingen, zou dit nieuwe natuurkunde kunnen onthullen of een herschrijving van onze huidige theorieën kunnen afdwingen.
Een team van onderzoekers dat gebruikmaakt van het Large Hadron Collider beauty (LHCb) experiment heeft nu een zeldzaam verval waargenomen dat nog nooit eerder was gezien. Ze richtten zich op een deeltje genaamd het -baryon, dat is opgebouwd uit drie quarks. In deze studie keken ze naar een specifiek moment waarop dit deeltje transformeerde in een proton en een negatief geladen kaon. Deze transformatie is moeilijk te detecteren omdat het "Cabibbo-onderdrukt" is, wat betekent dat de wetten van de natuurkunde dit proces veel minder vaak laten plaatsvinden dan andere soortgelke vervallen. Bovendien wordt het proces gedreven door een mechanisme dat bekend staat als W-uitwisseling, waarbij de interne quarks van partner wisselen op een manier die theoretische modellen bijzonder moeilijk nauwkeurig kunnen berekenen. Omdat dit verval nog nooit was waargenomen, waren de eigenschappen ervan een volledig mysterie, wat een gat achterliet in het begrip van hoe charm-quarks zich binnen baryonen gedragen.
Om dit ongrijpbare evenement te vinden, analyseerden de wetenschappers gegevens van proton-protonbotsingen die plaatsvonden bij een energie van 13 tera-elektronvolt. Ze zochten in een enorme hoeveelheid botsingsgegevens, gelijk aan een geïntegreerde luminositeit van 5,4 inverse femtobarn, naar een specifieke keten van gebeurtenissen. De -deeltjes die zij bestudeerden, werden niet direct in de botsing gecreëerd, maar werden geproduceerd als onderdeel van het verval van een zwaarder deeltje genaamd het -baryon. Door het pad van het te volgen terwijl het verviel in het en een pion, en vervolgens het te observeren terwijl het verviel in het proton en de kaon, kon het team het signaal isoleren van de achtergrondruis. Ze gebruikten geavanceerde computeralgoritmen om het echte signaal te onderscheiden van willekeurige deeltjesbotsingen, waardoor ze miljoenen valse sporen effectief wegfilterden om de paar honderd echte gebeurtenissen te vinden die ze nodig hadden.
De analyse bevestigde voor het eerst het bestaan van dit vervalmodus. De onderzoekers maten hoe vaak deze specifieke transformatie voorkomt ten opzichte van een meer voorkomend verval van hetzelfde deeltje. Ze stelden vast dat de waarschijnlijkheid dat het transformeert in een proton en een kaon ongeveer 4,5 op de 100.000 vervallen is. Deze meting komt met een kleine foutenmarge, maar het resultaat is statistisch significant genoeg om beschouwd te worden als een stevige observatie in plaats van een statistische fluctuatie. Het team mat ook een eigenschap genaamd de verval-asymmetrieparameter, die beschrijft of de vervalproducten vaker in één richting worden uitgezonden dan in een andere richting ten opzichte van de spin van het moederdeeltje. Ze vonden deze waarde te zijn 0,32, met een onzekerheid die het mogelijk maakt dat het resultaat consistent is met nul. Dit suggereert dat er geen sterke voorkeur is voor de richting van de uitgezonden deeltjes, wat wijst op een specifieke balans tussen de verschillende kwantummechanische golven die bij het proces betrokken zijn.
Deze bevindingen bieden een cruciaal nieuw datapunt voor theoretici die proberen te berekenen hoe charm-baryonen vervallen. De gemeten vervalsnelheid is aanzienlijk lager dan de meeste bestaande theoretische voorspellingen, die hoger hadden ingeschat te zijn. De enige voorspelling die in de buurt kwam, was een die grote onzekerheden bevatte, waardoor het moeilijk was om alleen op dat model stevige conclusies te trekken. De gemeten asymmetrieparameter verschilt ook van sommige theoretische verwachtingen, wat de huidige kennis van de niet-perturbatieve effecten die deze interacties domineren, uitdaagt. Door het leveren van de eerste concrete getallen voor dit specifieke verval, biedt de studie een nieuw ijkpunt waar toekomstige theorieën aan moeten voldoen. Terwijl de LHCb-detector meer gegevens blijft verzamelen met verbeterde capaciteiten, zullen deze metingen nog preciezer worden, wat potentieel diepere inzichten kan onthullen in de fundamentele krachten die ons universum vormgeven.
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.