BelleII實驗是一項大型研究工作，旨在精確測量弱相互作用參數(shù)、研究奇異強(qiáng)子(即一類亞原子粒子)并尋找新的物理現(xiàn)象。這項工作主要依賴于對BelleII探測器(即通用光譜儀)收集的數(shù)據(jù)和SuperKEKB(粒子對撞機(jī))發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這兩臺探測器均位于日本筑波的高能加速器研究組織(KEK)。
在最近發(fā)表于《物理評論快報》的一篇論文中，BelleII合作組報告了首次直接測量B介子分支分?jǐn)?shù)的tau與輕子比率??(????/?)。通過這一測量，該團(tuán)隊能夠測試帶電電流弱相互作用的普遍性。
BelleII合作組織發(fā)言人KarimTrabelsi告訴Phys.org：“在我們目前最好的粒子物理理論標(biāo)準(zhǔn)模型中，帶電輕子(電子、μ子和τ子)與弱力和電磁力完全耦合。這種現(xiàn)象被稱為輕子普遍性。”
值得注意的是，任何輕子普適性被打破的跡象都表明存在非標(biāo)準(zhǔn)模型物理學(xué)。作為他們最近論文的一部分，Trabelsi和他的同事專門著手直接測量tau和輕子之間的比率，因為這可能有助于尋找和理解新的物理現(xiàn)象(即標(biāo)準(zhǔn)模型之外的現(xiàn)象)。
“將τ子與更輕的μ子和電子進(jìn)行比較之所以特別有趣，是因為現(xiàn)有測量的平均值與普適性預(yù)測之間存在矛盾，”Trabelsi說道。“這些測量僅在輕子伴有單個粲介子的衰變中進(jìn)行(不包括衰變?yōu)镈和D*介子)，而我們的研究并未區(qū)分伴隨輕子產(chǎn)生的不同類型的強(qiáng)子或強(qiáng)子數(shù)量(包括衰變)。”
理論對排他衰變和包容衰變的預(yù)測有很大不同，但在嘗試探索任何類型的輕子普適性時，它們是互補的。然而，迄今為止，僅使用大型電子-正電子對撞機(jī)(LEP)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了考慮這兩種衰變的全面測量，LEP是位于CERN的最大粒子加速器之一。
BelleII最近研究的主要目標(biāo)是收集20多年來首次測量這一特定量。為此，他們使用了BelleII探測器收集的最后一組數(shù)據(jù)。
“我們的分析依賴于B介子對的產(chǎn)生，沒有任何其他伴隨粒子，這些粒子在BelleII臨界點附近的電子正電子碰撞中都有，”Trabelsi說道。“我們可以完全重建一個B介子，然后在事件的其余部分尋找輕輕子，它可能直接來自另一個B衰變，或者來自另一個B衰變的tau衰變，然后迅速衰變成輕輕子和另外兩個中微子。”
平均而言，τ衰變產(chǎn)生的輕子的動量明顯低于B介子瞬時產(chǎn)生的輕子的動量。此外，τ衰變期間出現(xiàn)的額外中微子的能量和動量比瞬時輕子相關(guān)事件期間出現(xiàn)的中微子更低。
“因此，我們使用輕子動量分布和與缺失能量相關(guān)的變量來分離瞬時衰變和tau衰變，以確定比率，”Trabelsi解釋道。“我們用富含背景過程的輔助數(shù)據(jù)樣本來校準(zhǔn)可能污染測量的背景分布。”
BelleII進(jìn)行的校準(zhǔn)會給測量帶來系統(tǒng)性不確定性。不過，隨著合作收集和分析的數(shù)據(jù)增加，這種不確定性將會減少。
“盡管我們的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測和獨占衰變中觀察到的異常相符，但一旦獲得更大的數(shù)據(jù)樣本，我們就為輕子普適性的補充探測鋪平了道路，”特拉貝爾西說。“這樣的探測使我們能夠間接地尋找可能導(dǎo)致任何觀察到的輕子味普適性違反的非標(biāo)準(zhǔn)模型粒子。”
BelleII進(jìn)行的這項對??(????/?)的全面直接測量，可能為旨在觀察和研究標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理的探索開辟新的機(jī)會。隨著未來合作收集到更多的數(shù)據(jù)，研究人員計劃更新這一測量結(jié)果并進(jìn)行其他精確測量，以幫助確定輕子普適性何時被打破。
“我們目前正在收集更多數(shù)據(jù)，不久的將來，我們將更新這一綜合測量結(jié)果以及獨家測量結(jié)果，”特拉貝爾西補充道。“幾年之內(nèi)，我們就應(yīng)該能夠明確地判斷這些衰變中輕子普適性是否被破壞。”
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