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百億分之一機率,物理學家觀察到有史以來最罕見粒子衰變

2024年09月27日 首頁 » 熱門科技

百億分之一機率,物理學家觀察到有史以來最罕見粒子衰變


科學家們花了10年時間實驗等待,終於觀測到發生機率僅百億分之一的超罕見粒子衰變事件,為K介子衰變成帶電π介子與微中子-反微中子對,可能揭示新物理學存在。

多數未涉獵粒子物理專業領域的人從未聽說過K介子(Kaon),但這種微小亞原子粒子可能對標準模型提出巨大挑戰,CERN NA62實驗便為測量K介子衰變而設計建造。

在該實驗中,科學家向目標發射高強度質子束,當質子高速撞擊某物會分裂成不同夸克組合,然後飛入能識別它們的探測器。

伯明罕大學物理學家Evgueni Goudzovski團隊投入約10年時間觀察K介子衰變,發現就算粉碎一堆質子,也只有約6%產物為K介子及它們衰變的新粒子,且K介子衰變成其他特定粒子的情況更加罕見。

百億分之一機率,物理學家觀察到有史以來最罕見粒子衰變


CERN的NA62實驗。(Source:CERN)

團隊基於NA62實驗2021~2022年數據與先前發布的2016~2018年數據集,於最近確認首次觀察到K介子衰變成稱為π介子(pion)的亞原子粒子,以及一對極端微中子-反微中子對 (其餘時間K介子分解成不同產物),發生機率每100億個K介子僅約1.3次。

標準模型(SM)負責解釋各種粒子如何相互作用,並預測僅不到百億分之一個K介子會以上述方式衰變,是有史以來觀測到最罕見亞原子粒子衰變事件。

多數亞原子粒子最終都會衰變分解成其他較小粒子,K介子衰變尤其值得關注,因為它們可能與標準模型解釋極限息息相關,是尋找新物理學證據的有趣過程之一。

這項研究結果與標準模型預期一致,但機率比標準模型預期高50%左右,其中一種可能性為新粒子存在從而提高該過程機率,但需要更多數據檢驗這一假設。隨著數據持續收集,NA62實驗將確認新物理學是否存在,或對現有物理學添加更嚴格限制。

(首圖僅為示意圖,來源:pixabay)

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