Improved measurement of
Met behulp van een grote steekproef van -gebeurtenissen verzameld door de BESIII-detector voert deze studie een partiële golfanalyse uit van het verval om de vertakkingsfractie van het -kanaal te meten, het verval voor het eerst met hoge significantie waar te nemen en de --mengingshoek te bepalen.
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
Diep in de subatomaire wereld fungeren deeltjes die bekend staan als charmonia als unieke laboratoria voor natuurkundigen. Dit zijn kortlevende toestanden die ontstaan wanneer een zwaar charm-quark en zijn antimaterie-tweeling, het anti-charm-quark, aan elkaar binden. Omdat ze zwaar zijn en snel vervallen, bieden ze een zeldzame inkijk in de sterke kernkracht, de fundamentele interactie die atoomkernen bij elkaar houdt. Wanneer deze charmonium-deeltjes uiteenvallen, transformeren ze vaak in paren lichtere deeltjes die mesonen worden genoemd. Door precies te bestuderen hoe deze transformaties plaatsvinden, kunnen wetenschappers de regels van de kwantummechanica testen en zoeken naar subtiele schendingen van symmetrie die kunnen verklaren waarom het universum uit materie bestaat in plaats van antimaterie. Een specifiek raadsel betreft twee neutrale deeltjes, de eta en de eta-prime. Hoewel ze er zeer vergelijkbaar uitzien en zich vergelijkbaar gedragen, zijn ze in werkelijkheid mengsels van verschillende onderliggende quark-combinaties. De precieze manier waarop ze met elkaar gemengd zijn, wordt gedefinieerd door één getal, een hoek die moeilijk vast te stellen is geweest. Het bepalen van deze hoek helpt natuurkundigen te begrijpen hoe de sterke kracht verschillende soorten quarks behandelt en of er verborgen, exotische componenten in deze deeltjes aanwezig zijn.
Een team onderzoekers dat gebruikmaakt van de BESIII-detector bij de Beijing Electron Positron Collider heeft nu een belangrijke stap gezet richting het oplossen van dit raadsel. Ze analyseerden een enorme collectie gegevens met meer dan 2,7 miljard instanties van een specifiek charmonium-deeltje, de psi(3686), die vervalt in een paar geladen pionen en een eta-deeltje. Dit is een zeldzaam evenement, en om het te vinden, moest het team zich door een enorme oceaan van andere deeltjesinteracties heen werken. Ze richtten hun zoektocht op een specifiek energiebereik waar een bekend deeltje, het rho-meson, wordt verwacht. Door de paden en energieën van de deeltjes die in deze botsingen worden geproduceerd te reconstrueren, waren ze in staat het signaal te isoleren van de achtergrondruis. De enorme omvang van hun dataset stelde hen in staat om een gedetailleerde partial wave analysis uit te voeren, een geavanceerde statistische methode die de verschillende manieren waarop het verval kan plaatsvinden, ontrafelt. Deze aanpak onthulde niet alleen de verwachte vervalpaden, maar ook een voorheen onbekend proces.
De studie bevestigde het verval van de psi(3686) naar een rho-meson en een eta-deeltje met hoge precisie, waarbij de frequentie werd gemeten op ongeveer 1,34 keer 10 tot de macht negatief vijf. Nog significanter is dat de onderzoekers voor het eerst een nieuw vervalmodus hebben waargenomen: de transformatie van de psi(3686) naar een a2-meson en een pion. Deze ontdekking werd gedaan met een extreem hoog betrouwbaarheidsniveau, dat de drempel overschrijdt die vereist is om een nieuwe observatie in de deeltjeskunde te claimen. Het team mat ook hoe deze vervalssnelheden veranderen wanneer de botsingsenergie licht boven en onder de resonantiepiek wordt afgestemd. Dit maakte het mogelijk om het directe verval van het charmonium-deeltje te scheiden van de continue achtergrond van deeltjesproductie die ook zonder de resonantie plaatsvindt, een cruciale stap voor het verkrijgen van een nauwkeurige meting.
Met deze nauwkeurige metingen in handen, richtte het team zijn aandacht op de mengingshoek van de eta- en eta-prime-deeltjes. Door de snelheid van het zojuist gemeten rho-eta verval te vergelijken met eerdere metingen van een vergelijkbaar verval waarbij de eta-prime betrokken was, konden zij de mengingshoek berekenen. De analyse leverde twee mogelijke waarden voor deze hoek op: ongeveer negatief 11,2 graden of negatief 19,4 graden. Beide resultaten komen goed overeen met theoretische voorspellingen uit lattice quantum chromodynamica, een methode om deeltjeseigenschappen te berekenen met behulp van supercomputers. Hoewel de twee oplossingen van elkaar verschillen, zijn beide consistent met de bekende natuurwetten en bieden ze een veel nauwere beperking op de mengingshoek dan eerdere experimenten. Dit werk verfijnt niet alleen een getal; het bevestigt het bestaan van een nieuw vervalpad en demonstreert hoe het samenspel tussen verschillende kwantumtoestanden het gedrag van materie op het meest fundamentele niveau vormgeeft. De bevindingen bieden een duidelijker beeld van hoe de sterke kracht opereert en hoe de bouwstenen van het universum zijn gerangschikt.
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.