Az LHCb egy gyönyörű baryon új bomlását mérte, de nem tudta megoldani egy hosszú távú rejtvényt. • Igor Ivanov • Tudományos hírek az Elemekről • LHCb detektor, Hadron tulajdonságok, LHC

Az LHCb egy gyönyörű baryon új bomlását méri, de nem tudta megoldani egy régóta álló rejtvényt

Ábra. 1. A B mezon példáján szereplő kizárólagos és inkluzív bomlások közötti különbség. Az exkluzív bomlás során egy adott részecskeről beszélünk a végén, a befogadó egyszimbólummal együtt minden olyan részecskével, amely a szükséges kvarkkompozícióval történik.

Az LHCb együttműködés egy bájos baryon \ (\ Lambda_b \) – egy másik ritka bomlás regisztrálását jelenti – protonok és leptonsokká. Köszönetének köszönhetően a b-quark átalakulását újból megvizsgálta az u-quarkba – ez egy titokzatos folyamat, amelyben a két mérési módszer közötti megmagyarázhatatlan ellentmondás már régóta létezik. Az új eredmény egyértelműen előnyben részesít egy módszert, és nagyon ellentétes a másik eredményével, de nem teljesen oldja meg a problémát.

Az LHCb együttműködés, az LHC Run 1 munkamenet statisztikáinak feldolgozása és a kedves hadronok egyre több új tulajdonságának mérése továbbra is olyan eredményeket hoz, amelyek jelentősen megváltoztatják a hadronfizika különböző aspektusainak megértését. Új cikkében A kvark kapcsolási szilárdságának meghatározása |ub| a magazinban közelmúltban közzétett baryonikus bomlást használva Természetfizika és az e-nyomtatványok archívumában is elérhető, a csapat arról számol be, hogy egy bájos baryon \ (\ Lambda_b \) új, semileptikus bomlását figyeli, aki nemrég segített nekik egy nehéz pentaquark felfedezésében (lásd: Hadron egy új típusú felfedezett – pentaquark rejtett bájjal " Elemek ", 2015. 07. 15.).Ezúttal az LHCb arra használta, hogy mérje annak valószínűségét, hogy egy b-quark átalakul u-quark-ba – olyan folyamat, amellyel egy régóta fennálló rejtély kapcsolódik a részecskefizikához.

A kvarkok egymásba való átalakulásához hasonlóan az átmenet \ (b \ to u \) a gyenge kölcsönhatás hatására történik. A standard modell nem tudja megmagyarázni ezeket az átmeneteket, csak számszerű kvark-keverő mátrixot ír le (a kvarkok transzformációjának leírására szolgáló módszer felfedezésére, különösen a 2008-as Nobel-díj fizikában). A mátrixban szereplő számokat kísérletileg kell mérni – és annál jobbak, minél többet mérnek, annál nagyobb eséllyel a fizikusoknak meg kell találniuk a mintáikat és meg kell érteniük, honnan származnak.

Az átmenet \ (b \ to u \) ezt a mátrix elemét írja le, amelyet | V jelöliub|. Ez a szám körülbelül 4 ezred, és ezért az ilyen átmenet által okozott bomlások kis valószínűséggel és nehéz mérni. Mindazonáltal régen regisztrálták őket, ami lehetővé tette számunkra, hogy meghatározzuk | Vub|. A baj az, hogy két különböző mérési módszer makacsul olyan értékeket ad, amelyek egymástól erősen eltérnek egymástól, és a fizikusok még mindig nem értik, miért.

Ez a két mérési módszer – inkluzív és exkluzív bomlásokon keresztül – ettől eltérő. Érdeklik a kvark-transzformáció valószínűsége, de mivel a kvarkok a hadronokba ültek, kísérletileg csak a hadronok bomlását mérjük (1. Ehhez exkluzív bomlást használhatunk, bizonyos részecskékkel kezdetben és végén, vagy inkluzívakat is használhatunk – amikor összeszedjük az összes végső hadronot a szükséges kvarkkompozícióval. Ez a két módszer lehetővé teszi a teoretikusok támogatásával, hogy ugyanazt az értéket vegyék ki – a mi esetünkbenub-, de nagyban különböznek kísérleti és elméleti finomságaikban.

Az elmúlt évtizedekben számos mérést végeztünk a B-mezonok bomlásairól, elsősorban a Belle és BaBar kísérletekben.+e-mérők, amelyek megengedték a mérést | Vub| mindkét módszert. Eredményeik nagyban különböznek. Az inkluzív bomlásból kiderült, hogy \ (| V_ % | = (4, \! 41 \ pm 0, \! 15 {} ^ {+ 0.15} _ {- 0.17}) \ cdot 10 ^ {- } \), az exkluzívek közül – egy észrevehetően kisebb számot \ ((3, \! 28 \ pm 0, \! 29) \ cdot 10 ^ {- 3} \). Az eltérés jelentős, három szórással; ez nem tulajdonítható az elméleti számítások pontatlanságának, vagy lehetetlen más ésszerű magyarázatot találni.Ez vagy a kísérleti technika hibája (de melyik az egyik?), Vagy egy új fizikai jelenség. Még egy másik, valószínűbb átmenet a b-quark a c-quark, hasonló "súrlódás" van megfigyelhető. Ez a probléma annyira bosszantó volt a fizikusok számára, hogy ebben az évben egy különleges tudományos konferencia került megrendezésre, amely teljes egészében a b-quark "engedetlen" bomlásaival foglalkozott.

Az új cikkben az LHCb együttműködés jelentése szerint az első alkalommal mért egy másik exkluzív bomlást: \ (\ Lambda_b \ p \ mu ^ – \ bar \ nu \). Ezt a tanulmányt az "először" szó egyszerre több értelemben jellemzi. Először ezt a bomlást általában először rögzítik. Ez azért történt, mert e+e-colliders \ (\ Lambda_b \) – a barionok nem születtek, de a Large Hadron Collider nagy mennyiségben termeli őket. Másodszor, ez az első olyan folyamat, amikor egy b-quarkot egy u-quarkba fordítunk, amelyet az LHCb detektor "látott". Harmadszor, ez az első eset, amikor megmérjük a | V értéketub| a biononban és nem a mezon bomlásában.

Még mindig nagyon kíváncsi pillanat. Tíz évvel ezelőtt azt hitték, hogy a Hadron Collidernél a V |ub| csak irreális. Ezért az LHCb együttműködés nem is számított arra, hogy képes lenne mérni ezt a bomlást és nyilvántartani az átmenetet \ (b \ to u \).Meglepetésükre képesek voltak – és maga az érzékelő kiváló minősége, valamint az adatfeldolgozás és az elemzés módszerei, amelyek messze megelőztek. Tehát ez is fontos "eredmény" az LHC Run 1. ülésszakán: az ütköző ismét képes volt többet tenni, mint az elején elvárható volt.

Ami magát a mérést illeti (\ Lambda_b \ a p \ mu ^ – \ bar \ nu \), a fő nehézség abban rejlik, hogy a kívánt jelet el kell különíteni a nagy háttér \ (\ Lambda_b \ a \ Lambda_c ^ + \ mu ^ – \ bar \ nu \) (ebben a bomlásban a b-kvark egy c-quarkba bomlik). Baryon \ (\ Lambda_c ^ + \) sokkal kevesebb életet él, mint \ (\ Lambda_b \) – nézzük meg az elemi részecskék élettartamának skáláját – és egy proton kibocsátással is szétesik. Ebben az esetben azonban nem csak egy proton és egy muon repül a másodlagos csúcsból, hanem egy pár egyéb töltött részecskét is (2. Ez a szolgáltatás segíti a jel elválasztását a háttérből.

Ábra. 2. A részecskék szóródásának általános megítélése érdeklődés esetén (a bal oldalon) és a háttérben (a jobb oldalon). Ezek elválaszthatók attól a ténytől függően, hogy egy jelzésnél csak két feltöltött részecske száll ki a másodlagos csúcsból, és néhány a háttérben. Az U. Egede-jelentés adatai, 2015. | Vub|: Kísérleti problémák @LCHb

A jelek elkülönítése a háttérből, a fizikusok nem dobták el ezeket a háttéreseményeket, hanem éppen ellenkezőleg, alaposan megszámlálták őket.A kísérletben ténylegesen mért érték a jelzések és a háttéresemények számának aránya. Ez nagyon kényelmes, mert e tekintetben szisztematikus hibák csökkentek. Ebből a kapcsolatból származtatott a kapcsolat | Vub| / | Vcb, amelyből már más adatok és a legutóbbi elméleti számítások alapján a fizikusok megkapják a kívánt értéket | Vub|.

A többlépcsős elemzés eredménye: \ (| V_ % | = (3, \! 27 \ pm 0, \! 15 \ pm 0, \! 16 \ pm 0, \! 06) \ cdot 10 ^ {- 3 } \), ahol az első hiba pusztán kísérleti, a másik kettő elméleti. Ez az érték teljesen egybeesik azzal a ténnyel, hogy a B mezonok kizárólagos bomlását adják, és ennek következtében az erők teljes egyensúlyát átruházzák. Azonban nem oldja meg a rejtélyt: az új dimenzió még erősebb, már 3.5σ, ellentétes az inkluzív bomlás eredményével (3. Talán meg kell próbálnunk új módon megtalálni az inkluzív bomlást, talán újra le kell ülnünk és elméleti számításokkal kell foglalkoznunk. Az egyik vagy másik út, ez a dimenzió messze elmarad az LHCb utolsó szavától. Hiszünk a saját erőnkkel, ez a csoport megpróbálja mérni | Vub| és más módon.

Ábra. 3. Három mérési paramétercsoport | Vub|: Inclusive (zöld) és exkluzív (a piros) B mesonok bomlása, valamint egy új LHCb eredmény (kék). Az U. Egede-jelentés adatai, 2015. | Vub|: Kísérleti problémák @LCHb

Az új dimenzió, az úton, lezár egy meglehetősen naiv próbálkozást a dilemma megoldására az Új fizika segítségével. Korábban, amikor csak két számot ütköztek, kivonták a befogadó és exkluzív B-meson bomlást, elméleti lehetőség mutatkozott arra, hogy egy új típusú interakcióval összeegyeztessék egymással. Az LHCb eredménye lezárja ezt a funkciót. Három sáv a 3. ábrán. 4, amely az új interakciós hipotézis keretében három különböző eredményt felelt meg, mindhárom nem tér át.

Ábra. 4. Nagyság | vubbefogadó (piros csíkos), exkluzív (kék sáv) és az új LHCb-adatok (zöld sáv) az új típusú erők létezésének feltételezése alapján. Paraméter εR (vízszintesen) mutatja ezen hipotetikus erő intenzitását; ε értéketR = 0 megfelel a standard modellnek. Három zenekar egyetlen ponton sehol. Sárga ellipszis – az eredmények formális átlagolása; nem illeszkedik mindhárom dimenzióhoz. Kép a cikkből a vita során Természetfizika

Nyilvánvaló, hogy valójában valamiféle finom hiba van maga a kísérleti módszerben, vagy az adatok elméleti értelmezésében, és a fizikusoknak tovább kell keresniük. Nos, azok, akik szeretnék érezni, milyen finomságokat kell megtenni, megnézhetik egy nagyon új cikket – egy pontosan ez a rejtély megvitatását.

Forrás: Az LHCb együttműködés. A kvark kapcsolási szilárdságának meghatározása |ub| báriózisos bomlást alkalmazva // Természetfizika. 2015. DOI: 10.1038 / nphys3415.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: