LHCb首次发现Bd衰变证据：约100亿个美粒子才出现一次

是证据，还不是发现

合作组在11月3日欧洲核子研究中心的研讨会上公布了这一结果。欧洲核子研究中心称，这是单个实验首次给出该衰变的证据。

欧洲核子研究中心表示，仅2024年和2025年收集的数据就产生了3.0个标准差的信号。加上2011年至2018年间记录的样本后，显著性提高到3.2西格玛。意大利国家核物理研究所认为，这意味着信号来自本底涨落的概率约为1500分之一。团队已将分析提交给《物理评论X》，并以arXiv:2611.00230发布。5西格玛是粒子物理学家宣称发现的门槛。合作组并未宣称发现。

这项测量在远小于大型强子对撞机直接分辨尺度的距离上检验标准模型。一旦出现偏差，就指向未知粒子。到目前为止，数据与理论一致。要确认该衰变需要5西格玛。合作组表示这需要更多数据。

为何值得追一个百亿分之一的衰变

标准模型预言了Bd到μμ衰变。它大约每100亿个美粒子才发生一次。

该衰变把一个美粒子变成一对μ子。μ子是电子的较重亲属。仅在新数据中，团队测得分支比约为100亿分之1.26，统计不确定度约为0.5。标准模型的预言约为100亿分之1.03，与更早数据合并后的数值为1.14。衰变越稀有，对重到无法在对撞机碰撞中直接产生的粒子就越敏感。

该衰变探测的尺度是极小的一个分数。物理学家给这个尺度起了个绰号：仄宇宙。

美夸克只存在极短的一瞬，随后便衰变。

四十二年与一台升级后的探测器

搜寻始于1984年。那一年，康奈尔大学的CLEO实验首次给出了该衰变率的上限。

2015年LHCb与CMS的联合分析观测到了Bs到μμ，同时声称首次获得Bd到μμ的证据。此后利用截至2018年收集数据的更新并未证实那一次证据。改变的是探测器。2024年的升级让LHCb能以2010年至2018年间五倍的速率收集数据。欧洲核子研究中心称，改进的粒子鉴别和机器学习让团队把信号从本底中提取出来。英国科研与创新署表示，英国对升级探测器的国家贡献最大。其部件历时十余年设计并建造。

顶点定位器是一台硅像素探测器，由利物浦大学组装。它距离LHC束流五毫米。

一个19人的国际团队完成了这项分析。LHCb每秒记录数亿次质子碰撞，数据通量为每秒4太字节。团队共同负责人Marco Santimaria说，要从压倒性的本底中挑出μ子需要极高精度。

姊妹衰变也测得更准

同一项分析还测量了Bs到μμ。这是迄今最精确的测量。

团队测得分支比为每十亿3.31，标准模型预言为每十亿3.66。Bs到μμ大约每十亿次美粒子衰变发生三次。这使得Bd到μμ稀约三十倍。研究人员还测得该衰变中Bs的有效寿命为1.42皮秒，统计不确定度为0.18。与更早的LHCb数据合并后，寿命数值为1.60皮秒。

接下来会怎样

高亮度大型强子对撞机计划于2030年启动。参与其中的28个国家已同意为探测器升级出资15000万英镑，这将使这类衰变的发生频率提高十倍，BBC报道称。去年，英国科研与创新署宣布撤回其为该升级承担的那部分资金。LHCb国际合作组负责人Tim Gershon对BBC新闻说，英国能否全面参与这项研究将成疑问。

“英国有被排除在外、无法做出真正重大发现的风险，”Gershon说。他是对BBC新闻说这番话的。

曼彻斯特大学的Chris Parkes领导了这个合作组。他带领团队完成了升级探测器的建造。他说，团队正计划一项实验，以利用高亮度大型强子对撞机。