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    欧洲核子研究中心看到罕见k介子衰变迹象

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      普朗克

      【博科园-科学科普】如果事件发生的几率约为100亿分之一,那该怎么办?这是一个带正电荷的粒子衰变的例子,它被称为k介子,是另一种带正电的粒子,叫做介子和中微子-反中微子对。然而这种罕见的事件,从来没有被明确地观测到,是粒子物理学家们真正想要得到的东西。标准模型预测,这种不确定的概率在10%以内。通过对衰变的精确测量揭示出这个预测的偏差,因此可以成为超越标准模型的一个明确的物理指标。

      欧洲核子研究中心看到罕见k介子衰变迹象

      欧洲核子研究中心北部地区的NA62实验,图片版权:NA62/CERN

      在欧洲核子研究中心举行的研讨会上,NA62合作报告了一种极罕见的kaon衰变的候选事件,发现使用了一种新的“飞行衰减”方法。虽然这个单一事件不能用于探测beyond-标准模型物理,但它表明该方法可以很好地工作,并且可以应用于在下一次数据采集中捕获更多的事件,这将在4月中旬开始。这个结果也在本月早些时候在意大利La Thuile的Rencontres de Moriond会议上公布。为了寻找k介子衰变,,NA62团队首先通过将高能质子从超级质子同步加速器(SPS)加速器发射到铍靶中,制造出富含kaons的光束。

      碰撞产生一束近10亿粒子每秒,其中只有6%是k介子。接下来该团队通过切伦科夫探测器发送光束,该探测器可以确定它们所产生的切伦科夫辐射中的k介子。然后一个硅像素探测器决定了k介子的动量,时间分辨率为100皮秒。一种被称为“吸管追踪器”的装置被放置在真空罐内,进而测量了卡子衰变的带电粒子的动量,另一种叫做RICH的切伦科夫探测器则决定了粒子的类型。另一种被称为量热计的装置会用光子和介子来拒绝不必要的背景事件。在对2016年的数据进行分析时,NA62团队发现了一个带有正电荷的介子衰变的候选事件,以及一个未被探测到的中微子-反中微子对。

      欧洲核子研究中心看到罕见k介子衰变迹象

      NA62的候选事件,罕见的k介子衰变。Octagons在丰富的探测器上显示了点击量。圆圈显示预测的“切伦科夫环”为带正电荷的介子(+),带正电的介子(+)和反电子(e+)衰变粒子。图片版权:NA62/CERN

      这一结果使得研究人员可以在相对频率上(即“分支分数”)上限定在100亿里的14倍。其结果与标准模型预测相一致,即1000亿的8.4(不确定为1),但是需要更多的数据来研究超越标准模型的理论,这些理论预测偏离标准模型的价值。这已经不是第一次观察到这种衰变的迹象了。在纽约长岛的布鲁克海文国家实验室,E949实验和它的前身E787已经报道了一些候选事件。这些候选事件被用来推断一个分支分数为17.3的1000亿(不确定的11),这是一致的,在很大的误差范围内,和标准模型预测。

      但在Brookhaven实验和NA62之间有一个区别:前者观察到k介子衰变,而粒子在目标中静止,NA62观察它们,而粒子在真空罐中飞行。这种新的飞行方式具有优势,因为它为探测和背景事件免疫提供了更多的空间。NA62团队预计将在2017年对一个20倍大的数据集进行的分析中发现更多稀有的k介子衰变事件,并将在4月中旬再次开始收集数据,创下218天的记录。如果一切按计划进行,那么协作应该能够以足够小的不确定性来度量衰变的分支部分,从而对标准模型进行精确的测试。

      • 知识:科学无国界,博科园-科学科普

      • 内容:经“博科园”判定符合今主流科学

      • 来自:欧洲核子研究中心

      • 编译:光量子

      • 审校:博科园

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