快報：LHCb 實驗獨立觀測到罕見衰變——與標準模型預言一致

編譯 卓思琪

審校 金庄維

在 2017 年 2 月 14 日 CERN 的研討會上，LHCb 實驗組報告稱首次獨立觀察到了Bs衰變為兩個 μ 子（Bsμ+μ-）的過程，置信度達到 7.8 個標準差。對該過程分支比的測量結果與標準模型的預言一致。

標準模型可以很好地描述並解釋基本粒子的特性及相互作用。近年來，物理學家不斷加深對其細節的理解，歐洲核子研究中心（CERN）內的大型強子對撞機（large hadron collider，LHC）則是物理學家描繪「標準模型」的得力助手。LHC 底夸克實驗（LHCb）是在 LHC 上進行的一項中型實驗。LHCb 的任務是要檢驗粒子的性質及衰變模式是否與標準模型的預言存在差異。

在 2017 年 2 月 14 日 CERN 的研討會上，LHCb 實驗組報告稱首次獨立觀測到了Bs衰變為兩個 μ 子（Bsμ+μ-）的過程，置信度達到 7.8 個標準差。Bs是由一個反底夸克和一個奇異夸克組成的重複合粒子，它衰變為兩個 μ 子的過程相當罕見。根據理論預測，每十億次衰變事例中，大約只有 3 次是通過這一過程發生的。該過程曾在 2015 年被觀測到，但當時是由 LHCb 和 CMS 實驗組聯合得到的結果。而這回，LHCb 實驗獨立觀測到了該過程，並且對分支比進行了高精度測量，結果使得標準模型的地位更加難以撼動。

Bs衰變為兩個 μ 子。兩個 μ 子的軌跡（綠線）貫穿整個探測器。 圖片來源：LHCb collaboration

實驗主導者之一的 Flavio Archilli 說道：「我們的測量值（分支比為 (2.8±0.6)x10-9）比標準模型的理論預測值（分支比為 (3.65±0.23)x10-9）稍小，但仍在實驗不穩定性範圍內，並和我們的模型完全兼容。由於理論預測值非常精確，因此我們還要進一步提高實驗精度，從而確定測量值究竟能否與預測值完全一致。若是稍有越界，這就可能預示著新物理的存在。」

根據標準模型，Bs衰變為兩個 μ 子的分支比極小，理論對此進行了精確的預言。但在像超對稱這樣的超出標準模型的理論中，該分支比的數值有重大修正，也就是說這種衰變過程應該發生得更加頻繁。因此，對這一衰變過程分支比的精確測量是尋找超對稱的絕佳突破口之一。

這次測量結合了來自 LHC 的 Run1 和 Run2 的數據，利用更多精確的分析技術，因此對該過程分支比的測量值是迄今為止最為精確的。測量結果與標準模型的預言相當接近。另外，LHCb 研究人員也測量了Bs粒子在變成兩個 μ 子前的存活時間，該數值同樣符合標準模型的預言。

圖片來源：LHCb collaboration

「這個結果令人愉悅，」實驗主導者之一的 Matteo rama 說道：「這是對大家努力完善分析技術、深入挖掘數據的最好回報。我們期待更多的數據能夠進一步提高實驗精度，也許有一天，我們能夠發現實驗與標準模型的顯著差異。」

主要來源：http://www.symmetrymagazine.org/article/lhcb-observes-rare-decay