Ny fysik undslipper os på charmerende vis

I en verden af ​​elementarpartikler, spor af en potentiel "ny fysik" kan være skjult i processer relateret til baryonernes forfald. Analyse af data fra LHCb-eksperimentet ved Large Hadron Collider udført af forskere fra Institute of Nuclear Physics ved det polske videnskabsakademi i Krakow har, imidlertid, vist, at et af de sjældneste henfald af baryoner indeholdende charmekvarken indtil videre ikke viser nogen anomalier.

Baryoner, som er sammensatte partikler lavet af tre kvarker, kan henfalde til lettere partikler. Disse typer henfald sker normalt indirekte via mellemtilstanden (resonans). Sommetider, imidlertid, henfaldet forløber direkte i ét trin (ikke-resonant). Standardmodellen forudsiger, at nogle ikke-resonante baryonhenfald er ekstremt sjældne - afhængigt af typen af ​​baryon, de bør forekomme én gang pr. milliard tilfælde, eller endnu sjældnere.

"Hvis frekvensen af ​​nogle ikke-resonante henfald skulle være anderledes end forudsagt af standardmodellen, det kunne indikere eksistensen af ​​processer og partikler, der endnu ikke er kendt, og indikerer eksistensen af ​​'ny fysik'. Dette er grunden til, at ikke-resonante henfald har tiltrukket vores opmærksomhed så længe, " forklarer prof. Mariusz Witek fra Institut for Nuklear Fysik ved det polske videnskabsakademi (IFJ PAN) i Krakow.

Prof. Witek ledede en fem-mands gruppe af fysikere fra Krakow, der søgte efter ikke-resonante henfald af charmeret baryon Lambda c i data indsamlet i 2011 og 2012 af det internationale LHCb-eksperiment ved Large Hadron Collider i Genève.

I undersøgelsen, forskerne fokuserede på Lambda c baryoner, dvs. partikler lavet af dun (d), op (u) og charme (c) kvarker. Den mest massive top (t) kvark henfalder så hurtigt, at den slet ikke kombineres med andre kvarker, så det skaber ikke baryoner, hvis henfald kunne observeres. Henfaldet af partikler, der indeholder den næststørste kvark målt i masse, skønheden (b) kvark, er allerede blevet analyseret tidligere, fordi deres henfald var lidt nemmere at opdage. Krakow-gruppen var involveret her og bidrog til observation af interessante afvigelser fra teoretiske forudsigelser. I denne situation, kun henfaldene af charmerede baryoner forblev stort set uudforskede.

"Standardmodellen forudsiger, at ikke-resonante henfald af Lambda c-baryoner til tre partikler - en proton og to myoner - bør forekomme mere eller mindre én gang i hundredvis af milliarder af henfald. Dette er et meget sjældnere fænomen end henfaldene af baryoner, der indeholder skønhedskvarken. , som vi blev analyseret tidligere, " siger Dr. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN). "Målinger og analyser er nu meget vanskeligere. Vi er nødt til at se nærmere på en meget større gruppe af begivenheder, der er registreret i LHCb-eksperimentet. Imidlertid, det er værd at gøre, fordi du som belønning kan støde på et spor af meget mere subtile processer. Hvis det lykkes os at observere uoverensstemmelser med forudsigelser, dette ville højst sandsynligt være et signal om en 'ny fysik'."

Med så sjældne fænomener, Det har vist sig at være en hård og tidskrævende opgave at skelne mellem ikke-resonante henfald af Lambda c baryoner fra baggrunden. Ikke desto mindre, de Krakow-baserede fysikere har formået at forbedre en øvre grænse for frekvensen af ​​ikke-resonante henfald med op til 100 gange. Det blev anslået til at være mindre end én ud af hundreder af millioner.

"Hvis der tages hensyn til yderligere data, inklusive den anden kørsel af LHC-acceleratoren, skulle snart forbedre vores resultat med en faktor 10. Så vi ville være meget tæt på standardmodellens forudsigelser. Hvis en slags 'ny fysik' manifesterer sig i Lambda c baryonernes henfald, dette vil være den sidste chance for at afsløre sig selv. På nuværende tidspunkt der er ikke det mindste spor af det, " opsummerer prof. Witek.

Under analyserne de Krakow-baserede forskere observerede også resonanshenfald, hvor Lambda c baryonen henfaldt til en proton og omega meson. Manglen på signaler, der indikerer endnu en vej for resonant henfald - til en proton og en rho meson - var noget overraskende. Imidlertid, dette resultat viste sig at være i overensstemmelse med teoretiske forudsigelser.