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极罕见粒子衰变或迎来全新物理学

2020-8-9 环球解密

欧洲核子研究组织(CERN)报告,发现了一个物理学上极其罕见的物理过程的首个证据,为开辟揭示暗物质、或其它神秘宇宙现象的全新物理学粒子研究奠定了基础。

欧洲核子研究组织N62实验所在的区域。(CERN)

欧洲核子研究组织(CERN)名为NA62的实验——位于北区(North Area)的第62次实验,旨在以高精确度观测一种罕见物理过程:一个正电K介子(Kaon)衰变为一个正电π介子和一对正反中微子对的过程,用符号描述是K+→π+νν的过程。

7月28日,在第40届国际高能物理会议上,NA62研究组报告说,他们在2018年搜集的数据中,发现了17个该过程的候选事件。再结合2016年和2017年的数据,该小组宣布,这些数据是发现这个极其罕见过程存在的第一个证据,统计学上显着性为3.5σ。

粒子在相当高能量水平撞击的时候,将产生较重、但不稳定的粒子,比如NA62实验寻找的K介子。这些重粒子几乎是在生成的同时就衰变成各种组合的轻粒子。

物理学标准粒子模型对特定粒子经历各种衰变过程的概率做出了预测,认为K介子经历K+→π+νν过程的概率只有百亿分之一,确定性为10%。因此这个过程可以说是物理学上最罕见的过程之一。

虽然CERN以大型强子对撞机而闻名,其实这个实验基地还有很多其它加速器。NA62实验从超级质子同步加速器(SPS)得到粒子束。SPS发射450兆伏的质子束,撞击位于NA62上游、由铍材料制成的固定目标。每秒可产生数十亿个二级粒子,其中约有6%是K介子。

探测器可以在K介子衰变之前侦测到它们。研究人员不仅要统计一共产生了多少K介子,还要区分其中哪些经历了这个极其罕见的衰变过程。

研究组报告称,NA62探测器在2018年进行的217天实验中,通过筛选10^18个质子,找到17个具有K+→π+νν衰变特征的事件。再结合2016年发现的第一个事件,和2017年发现的两个事件,研究组宣布他们的实验数据显示这个过程发生的概率为百亿分之一,确定性约为35%——也就是说,非常接近标准粒子模型的所做的预测。

研究组表示,这是该实验一个重要的里程碑。NA62还将继续进行实验,希望能够达到统计学上宣布发现一个事件所需的5σ显着度。他们的探测器将在2021年收到下一批实验数据。

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