LHCb在3.2σ水平上看到B0介子衰变为两个μ子

这够得上证据，但还够不上发现。

LHCb合作组称，这是单个实验首次为这一衰变找到证据。理论物理学家追了四十年的预言，如今终于有了对应的测量值。这个通道长期被看作寻找新物理的黄金通道，现在可以测量了。将来测量值与预言之间只要出现差距，就指向标准模型之外的粒子。

是证据，不是发现

Sci.News在11月3日报道，仅新数据本身就给出3.0个标准差的显著性。与LHCb此前的数据合并后，这一数值升到3.2。利物浦大学和UKRI指出，两个数字都低于粒子物理学宣布发现所需的5σ门槛。INFN说得更直白：本底涨落造出这个信号的概率约为1500分之一。

分析已提交给Physical Review X。剑桥大学卡文迪许实验室牵头了分析团队。该实验室指出，结果尚未经过同行评审。

为什么值得追一个稀有衰变

μ子是电子的较重表亲。

稀有正是关键。曼彻斯特大学表示，衰变越稀有，就越可能对新粒子的影响敏感。这类粒子可能改变衰变发生的频率。LHC产生大量底夸克，但它们的寿命只有约一万五千亿分之一秒。所以物理学家测量的是它们怎么瓦解，而不是夸克本身。

这场追寻由来已久。据Sci.News报道，康奈尔大学的CLEO实验在1984年首次给出了该衰变率的上限。

剑桥方面表示，LHC能分辨小到约一百仄米的结构。新粒子如果存在，可能就在仄米尺度上，即一米的十亿分之一的万亿分之一。LHCb无法直接看到那么远。它找的是这类粒子会在稀有衰变中留下的干涉效应。

测量是怎么做的

升级后的LHCb探测器记录碰撞的速率最高达到此前的五倍。样本量大了，这项分析才做得成。

UKRI表示，团队把2024年和2025年的数据与2011年至2018年的早期运行数据合并。他们用了改进的粒子鉴别和机器学习技术。这些手段把该衰变从规模大得多的普通碰撞本底中分离出来。据INFN介绍，LHCb每秒记录数亿次质子碰撞，数据通量为每秒4太字节。

顶点定位器是一台由利物浦大学组装的硅像素探测器，距LHC束流五毫米，构成径迹系统的第一层。它让物理学家能精确定位短寿命粒子衰变的位置。剑桥方面表示，约20名来自英国、德国、意大利、西班牙和荷兰的物理学家参与了这项分析。

对照标准模型的数字

新数据给出的分支比约为100亿分之1.26，统计不确定度约为100亿分之0.5。标准模型的预言约为100亿分之1.03。与更早的数据合并后，测量值为100亿分之1.14。

团队还重新测量了一个同类过程，即B0s介子衰变为两个μ子，LHCb曾在2015年首次观测到它。测得的分支比为十亿分之3.31，预言值为十亿分之3.66。团队称这是迄今最精确的测定。该衰变中B0s的有效寿命为1.42皮秒，统计不确定度为0.18。与更早的数据合并后为1.60皮秒。

在不确定度范围内，所有这些都与标准模型一致。

更多数据能定下什么

更多碰撞是显而易见的下一步。INFN表示，LHCb的下一次升级将在未来十年把数据收集速率提高十倍。

曼彻斯特大学的Chris Parkes教授曾带领合作组完成升级装置的建造。他说团队正计划开展一项实验，以利用高亮度LHC。他还说，英国对升级后探测器的贡献是各国中最大的。这是一个由1900名成员组成的合作组历时十五年的项目。

剑桥大学卡文迪许实验室的Harry Cliff博士领衔了这项分析。据Sci.News报道，他说：“第一次看到结果时，那真是令人激动的时刻。”“看到人们从我出生之前就在寻找的东西，是一种真正的荣幸。”

INFN的Marco Santimaria共同领导了团队。他说：“要从压倒性的本底中挑出μ子，需要极高的精度。”

衰变率是停在现有水平，还是漂向标准模型无法解释的方向，如今成了统计问题。答案还没出来。