⚛️ high-energy experiments

Search for the lepton-flavor-violating decay $\tau^{\pm} \to \mu^{\pm} \gamma$ at Belle II

利用对应于 428 fb $^{-1}$ 积分亮度的数据集，Belle II 合作组对轻子味破坏衰变 $\tau^{\pm} \to \mu^{\pm} \gamma$ 进行了搜索，未发现相对于预期本底的显著过剩，并在 90% 置信度水平下将该分支比的上界设定为 $9.5 \times 10^{-8}$ 。

原作者： Belle II Collaboration, M. Abumusabh, I. Adachi, A. Aggarwal, H. Ahmed, Y. Ahn, H. Aihara, M. Akdag, N. Akopov, S. Alghamdi, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, K. Amos, M. Angelsmark, N. Anh Ky, CBelle II Collaboration, M. Abumusabh, I. Adachi, A. Aggarwal, H. Ahmed, Y. Ahn, H. Aihara, M. Akdag, N. Akopov, S. Alghamdi, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, K. Amos, M. Angelsmark, N. Anh Ky, C. Antonioli, K. Arai, D. M. Asner, H. Atmacan, T. Aushev, V. Aushev, R. Ayad, V. Babu, H. Bae, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, S. Bansal, M. Barrett, M. Bartl, J. Baudot, A. Baur, A. Beaubien, F. Becherer, J. Becker, J. V. Bennett, F. U. Bernlochner, V. Bertacchi, M. Bertemes, E. Bertholet, M. Bessner, S. Bettarini, V. Bhardwaj, B. Bhuyan, F. Bianchi, T. Bilka, A. Biswas, D. Biswas, A. Bobrov, D. Bodrov, A. Bondar, G. Bonvicini, J. Borah, A. Boschetti, A. Bozek, M. Bračko, P. Branchini, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, F. Callet, Q. Campagna, M. Campajola, M. Carminati, G. Casarosa, C. Cecchi, M. -C. Chang, P. Cheema, L. Chen, B. G. Cheon, C. Cheshta, H. Chetri, K. Chilikin, K. Chirapatpimol, H. -E. Cho, K. Cho, S. -J. Cho, S. -K. Choi, S. Choudhury, S. Chutia, J. Cochran, J. A. Colorado-Caicedo, I. Consigny, L. Corona, H. Crotte Ledesma, S. Cuccuini, J. X. Cui, E. De La Cruz-Burelo, S. A. De La Motte, G. de Marino, G. De Nardo, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, S. Dey, R. Dhayal, A. Di Canto, J. Dingfelder, Z. Doležal, I. Dom\'ınguez Jiménez, T. V. Dong, X. Dong, M. Dorigo, K. Dugic, G. Dujany, P. Ecker, D. Epifanov, J. Eppelt, R. Farkas, P. Feichtinger, T. Ferber, T. Fillinger, C. Finck, G. Finocchiaro, F. Forti, A. Frey, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, P. Gagneja, A. Gale, E. Ganiev, M. Garcia-Hernandez, R. Garg, A. Garmash, L. Gärtner, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, P. Gebeline, A. Gellrich, G. Ghevondyan, D. Ghosh, H. Ghumaryan, G. Giakoustidis, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, Y. Guan, K. Gudkova, I. Haide, H. Haigh, Y. Han, K. Hayasaka, H. Hayashii, S. Hazra, C. Hearty, M. T. Hedges, A. Heidelbach, G. Heine, I. Heredia de la Cruz, M. Hernández Villanueva, T. Higuchi, M. Hoek, M. Hohmann, R. Hoppe, P. Horak, X. T. Hou, C. -L. Hsu, T. Humair, T. Iijima, K. Inami, N. Ipsita, A. Ishikawa, R. Itoh, M. Iwasaki, P. Jackson, D. Jacobi, W. W. Jacobs, D. E. Jaffe, E. -J. Jang, S. Jia, Y. Jin, A. Johnson, K. K. Joo, H. Kakuno, M. Kaleta, K. H. Kang, S. Kang, G. Karyan, T. Kawasaki, F. Keil, C. Ketter, M. Khan, C. Kiesling, C. Kim, D. Y. Kim, H. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, H. Kindo, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, M. Krein, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, Y. Kulii, D. Kumar, J. Kumar, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, S. Lacaprara, T. Lam, L. Lanceri, J. S. Lange, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. R. Le Diberder, H. Lee, M. J. Lee, C. Lemettais, P. Leo, C. Li, H. -J. Li, L. K. Li, Q. M. Li, S. X. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, S. Lin, Z. Liptak, V. Lisovskyi, C. Liu, G. Liu, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Y. Liu, Z. Q. Liu, D. Liventsev, S. Longo, A. Lozar, T. Lueck, C. Lyu, J. L. Ma, Y. Ma, M. Maggiora, S. P. Maharana, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, S. Marcello, M. Marfoli, C. Marinas, C. Martellini, A. Martens, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, T. Matsuda, K. Matsuoka, D. Matvienko, S. K. Maurya, M. Maushart, F. Mawas, J. A. McKenna, Z. Mediankin Gruberová, R. Mehta, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, K. Miyabayashi, H. Miyake, R. Mizuk, G. B. Mohanty, S. Moneta, A. L. Moreira de Carvalho, H. -G. Moser, N. Mudgal, Th. Muller, H. Murakami, R. Mussa, I. Nakamura, K. R. Nakamura, M. Nakao, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, M. Neu, M. Niiyama, S. Nishida, R. Nomaru, A. Novosel, S. Ogawa, R. Okubo, H. Ono, Y. Onuki, I. Ostrowski, P. Pakhlov, G. Pakhlova, A. Panta, S. Pardi, K. Parham, J. Park, K. Park, S. -H. Park, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, R. Pestotnik, M. Piccolo, L. E. Piilonen, P. L. M. Podesta-Lerma, T. Podobnik, L. Polat, A. Prakash, V. Prasad, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, S. Privalov, I. Prudiiev, H. Purwar, P. Rados, S. Raiz, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, M. Remnev, L. Reuter, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, S. H. Robertson, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, G. Russo, S. Saha, L. Salutari, D. A. Sanders, S. Sandilya, L. Santelj, C. Santos, V. Savinov, B. Scavino, J. Schmitz, S. Schneider, M. Schnepf, K. Schoenning, C. Schwanda, Y. Seino, K. Senyo, J. Serrano, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, C. P. Shen, X. D. Shi, T. Shillington, T. Shimasaki, J. -G. Shiu, D. Shtol, A. Sibidanov, F. Simon, J. B. Singh, J. Skorupa, R. J. Sobie, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, W. Song, S. Spataro, K. Špenko, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, S. Stefkova, R. Stroili, J. Strube, M. Sumihama, K. Sumisawa, N. Suwonjandee, M. Takahashi, M. Takizawa, U. Tamponi, K. Tanida, F. Tenchini, F. Testa, A. Thaller, T. Tien Manh, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, F. F. Trantou, I. Tsaklidis, M. Uchida, I. Ueda, T. Uglov, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, S. E. Vahsen, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, A. Vinokurova, V. S. Vismaya, L. Vitale, V. Vobbilisetti, R. Volk, R. Volpe, M. Wakai, S. Wallner, M. -Z. Wang, A. Warburton, M. Watanabe, S. Watanuki, C. Wessel, E. Won, X. P. Xu, B. D. Yabsley, S. Yamada, W. Yan, W. Yan, J. Yelton, K. Yi, J. H. Yin, K. Yoshihara, C. Z. Yuan, J. Yuan, L. Yuan, Y. Yusa, L. Zani, F. Zeng, M. Zeyrek, B. Zhang, X. Zhao, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. D. Zhou, X. Y. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík

发布于 2026-08-25

📖 1 分钟阅读🧠 深度阅读

CC BY 4.0

原作者： Belle II Collaboration, M. Abumusabh, I. Adachi, A. Aggarwal, H. Ahmed, Y. Ahn, H. Aihara, M. Akdag, N. Akopov, S. Alghamdi, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, K. Amos, M. Angelsmark, N. Anh Ky, C. Antonioli, K. Arai, D. M. Asner, H. Atmacan, T. Aushev, V. Aushev, R. Ayad, V. Babu, H. Bae, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, S. Bansal, M. Barrett, M. Bartl, J. Baudot, A. Baur, A. Beaubien, F. Becherer, J. Becker, J. V. Bennett, F. U. Bernlochner, V. Bertacchi, M. Bertemes, E. Bertholet, M. Bessner, S. Bettarini, V. Bhardwaj, B. Bhuyan, F. Bianchi, T. Bilka, A. Biswas, D. Biswas, A. Bobrov, D. Bodrov, A. Bondar, G. Bonvicini, J. Borah, A. Boschetti, A. Bozek, M. Bračko, P. Branchini, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, F. Callet, Q. Campagna, M. Campajola, M. Carminati, G. Casarosa, C. Cecchi, M. -C. Chang, P. Cheema, L. Chen, B. G. Cheon, C. Cheshta, H. Chetri, K. Chilikin, K. Chirapatpimol, H. -E. Cho, K. Cho, S. -J. Cho, S. -K. Choi, S. Choudhury, S. Chutia, J. Cochran, J. A. Colorado-Caicedo, I. Consigny, L. Corona, H. Crotte Ledesma, S. Cuccuini, J. X. Cui, E. De La Cruz-Burelo, S. A. De La Motte, G. de Marino, G. De Nardo, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, S. Dey, R. Dhayal, A. Di Canto, J. Dingfelder, Z. Doležal, I. Dom\'ınguez Jiménez, T. V. Dong, X. Dong, M. Dorigo, K. Dugic, G. Dujany, P. Ecker, D. Epifanov, J. Eppelt, R. Farkas, P. Feichtinger, T. Ferber, T. Fillinger, C. Finck, G. Finocchiaro, F. Forti, A. Frey, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, P. Gagneja, A. Gale, E. Ganiev, M. Garcia-Hernandez, R. Garg, A. Garmash, L. Gärtner, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, P. Gebeline, A. Gellrich, G. Ghevondyan, D. Ghosh, H. Ghumaryan, G. Giakoustidis, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, Y. Guan, K. Gudkova, I. Haide, H. Haigh, Y. Han, K. Hayasaka, H. Hayashii, S. Hazra, C. Hearty, M. T. Hedges, A. Heidelbach, G. Heine, I. Heredia de la Cruz, M. Hernández Villanueva, T. Higuchi, M. Hoek, M. Hohmann, R. Hoppe, P. Horak, X. T. Hou, C. -L. Hsu, T. Humair, T. Iijima, K. Inami, N. Ipsita, A. Ishikawa, R. Itoh, M. Iwasaki, P. Jackson, D. Jacobi, W. W. Jacobs, D. E. Jaffe, E. -J. Jang, S. Jia, Y. Jin, A. Johnson, K. K. Joo, H. Kakuno, M. Kaleta, K. H. Kang, S. Kang, G. Karyan, T. Kawasaki, F. Keil, C. Ketter, M. Khan, C. Kiesling, C. Kim, D. Y. Kim, H. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, H. Kindo, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, M. Krein, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, Y. Kulii, D. Kumar, J. Kumar, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, S. Lacaprara, T. Lam, L. Lanceri, J. S. Lange, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. R. Le Diberder, H. Lee, M. J. Lee, C. Lemettais, P. Leo, C. Li, H. -J. Li, L. K. Li, Q. M. Li, S. X. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, S. Lin, Z. Liptak, V. Lisovskyi, C. Liu, G. Liu, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Y. Liu, Z. Q. Liu, D. Liventsev, S. Longo, A. Lozar, T. Lueck, C. Lyu, J. L. Ma, Y. Ma, M. Maggiora, S. P. Maharana, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, S. Marcello, M. Marfoli, C. Marinas, C. Martellini, A. Martens, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, T. Matsuda, K. Matsuoka, D. Matvienko, S. K. Maurya, M. Maushart, F. Mawas, J. A. McKenna, Z. Mediankin Gruberová, R. Mehta, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, K. Miyabayashi, H. Miyake, R. Mizuk, G. B. Mohanty, S. Moneta, A. L. Moreira de Carvalho, H. -G. Moser, N. Mudgal, Th. Muller, H. Murakami, R. Mussa, I. Nakamura, K. R. Nakamura, M. Nakao, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, M. Neu, M. Niiyama, S. Nishida, R. Nomaru, A. Novosel, S. Ogawa, R. Okubo, H. Ono, Y. Onuki, I. Ostrowski, P. Pakhlov, G. Pakhlova, A. Panta, S. Pardi, K. Parham, J. Park, K. Park, S. -H. Park, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, R. Pestotnik, M. Piccolo, L. E. Piilonen, P. L. M. Podesta-Lerma, T. Podobnik, L. Polat, A. Prakash, V. Prasad, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, S. Privalov, I. Prudiiev, H. Purwar, P. Rados, S. Raiz, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, M. Remnev, L. Reuter, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, S. H. Robertson, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, G. Russo, S. Saha, L. Salutari, D. A. Sanders, S. Sandilya, L. Santelj, C. Santos, V. Savinov, B. Scavino, J. Schmitz, S. Schneider, M. Schnepf, K. Schoenning, C. Schwanda, Y. Seino, K. Senyo, J. Serrano, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, C. P. Shen, X. D. Shi, T. Shillington, T. Shimasaki, J. -G. Shiu, D. Shtol, A. Sibidanov, F. Simon, J. B. Singh, J. Skorupa, R. J. Sobie, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, W. Song, S. Spataro, K. Špenko, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, S. Stefkova, R. Stroili, J. Strube, M. Sumihama, K. Sumisawa, N. Suwonjandee, M. Takahashi, M. Takizawa, U. Tamponi, K. Tanida, F. Tenchini, F. Testa, A. Thaller, T. Tien Manh, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, F. F. Trantou, I. Tsaklidis, M. Uchida, I. Ueda, T. Uglov, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, S. E. Vahsen, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, A. Vinokurova, V. S. Vismaya, L. Vitale, V. Vobbilisetti, R. Volk, R. Volpe, M. Wakai, S. Wallner, M. -Z. Wang, A. Warburton, M. Watanabe, S. Watanuki, C. Wessel, E. Won, X. P. Xu, B. D. Yabsley, S. Yamada, W. Yan, W. Yan, J. Yelton, K. Yi, J. H. Yin, K. Yoshihara, C. Z. Yuan, J. Yuan, L. Yuan, Y. Yusa, L. Zani, F. Zeng, M. Zeyrek, B. Zhang, X. Zhao, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. D. Zhou, X. Y. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

在亚原子粒子的宇宙中，存在着一套被称为“标准模型”的规则，它描述了物质是如何运作的。其中一条规则是：一种被称为“陶子”（tau）的重粒子（一种轻子类型），绝不应该在释放出一道闪光的同时，自发地转变为一种较轻的粒子——“缪子”（muon）。根据我们目前的理解，这种特定的转变极其罕见，以至于在现实中几乎不可能被观测到。然而，许多物理学家认为标准模型是不完整的，那里可能隐藏着尚未被发现的新力或新粒子。如果有人观察到陶子转变为一个缪子和一个光子的过程，那将是新物理定律存在的明确信号，为通往比我们目前认知更深层的现实之窗开启。

来自日本 SuperKEKB 对撞机 Belle II 检测器的一个研究团队，针对这一“禁忌事件”进行了一场大规模搜寻。他们分析了多年来收集的海量数据，这些数据代表了数十亿次的粒子碰撞。为了在草堆中寻找这根针，团队构建了一个复杂的计算机系统，该系统经过训练，能够识别出陶子衰变为一个缪子和一个光子的独特特征，同时忽略掉数百万个看起来相似但仅仅是普通背景噪声的碰撞。在极其细致地筛选数据后，他们并未发现有任何证据表明这种禁忌衰变发生过。相反，他们计算出了这一事件可能发生的最高频率限制，证实了如果这种衰变确实存在，它也比之前认为的还要罕见。

这项实验是在一个电子与正电子束流以接近光速相互碰撞的设施中进行的。当这些粒子碰撞时，它们可以短暂地产生一对对陶子——它们是电子的重型近亲。这些陶子在极短的时间内就会衰变为其他更轻的粒子。研究人员寻找的是一个非常特定的结果：一个陶子转变为一个缪子和一个单光子，而它的伴随陶子则以另一种已知的路径衰变。挑战在于，这种特定事件预计发生的概率极低，因此很容易被其他产生类似粒子的过程所淹没。例如，一个陶子可能会衰变为一个缪子和一个中微子，而碰撞环境中的一个随机光子可能会被意外记录下来，从而模拟出科学家正在寻找的信号。

为了将真实的信号与噪声分离，团队使用了一种名为“梯度提升决策树”的强大机器学习工具。这个工具就像一个经验丰富的过滤器，通过数百万次模拟碰撞进行训练，旨在学习背景噪声与他们想要寻找的罕见事件之间的微妙差异。它观察每次碰撞的许多特征，例如粒子的飞行方向、能量以及它们在空间中的排列方式。通过应用这种过滤器，团队能够剔除超过 99% 的背景事件，同时保留接近 6% 的潜在信号事件。这种精度的提升使得团队能够观察到一个更小、更纯净的数据样本，如果信号确实存在，在该样本中会更容易被发现。

研究人员检查了一个对应于 428 个碰撞强度单位的数据样本，这一数据量使他们能够观测到 3.93 亿对陶子对。他们将搜索重点放在了一个如果信号真实存在就会出现的特定能量和动量区域。在“解盲”（unblinding）数据（即他们终于查看了那些为了避免偏差而一直保护着的实验结果）之后，他们在目标区域发现了 8 个事件。然而，当他们将这个数字与仅由背景噪声产生的预期值进行比较时，结果与随机概率是一致的。那些虽然复杂但已被充分理解的背景过程，预计会在同一位置产生约 6 个事件，而他们观察到的 8 个事件完全处于正常统计波动的范围之内。

由于没有出现清晰的信号，团队无法声称发现了这种衰变。相反，他们利用数据设定了一个新的上限，即这种事件可能发生的最高频率。他们计算出，陶子转变为一个缪子和一个光子的概率在 90% 的置信水平下小于 9500 万分之一。这意味着，如果这种衰变确实发生，它比之前 Belle 实验设定的最佳限制还要难以捉摸。由于团队通过先进的选择方法实现了更高的信号捕捉效率和更好的背景抑制能力，这一新限制具有显著的改进意义。

这一结果强化了当前的标准模型，该模型预测这种衰变不应以可探测的速率发生。虽然这次搜寻并未发现理论学家所希望的新物理现象，但它提供了一个至关重要的基准。通过推高这一事件可能发生的罕见程度，研究人员缩小了任何试图解释宇宙深层奥秘的新理论的研究空间。这项工作同时也展示了 Belle II 检测器的强大功能及其处理复杂数据的高精度能力，为未来在收集更多数据时进行更灵敏的搜索奠定了基础。即便没有发现，这种“缺席”本身也是一份强有力的信息，它告诉我们，至少在这一特定的转化过程中，亚原子世界的规则依然顽固地符合我们现有的认知。

类似论文