LHCb实验获得B_d超稀有衰变证据——ScienceDaily

CERN的LHCb实验物理学家获得了B_d粒子衰变为一对缪子——μ+μ−——的极其罕见过程的证据。预计这一过程约在每100亿次beauty粒子衰变中发生一次。ScienceDaily报道了在CERN研讨会上公布的结果。

据研究人员描述，B_d粒子含有一个beauty夸克和一个down反夸克。在这种罕见衰变中，它们发生湮灭，其能量转化为一个缪子和一个反缪子。缪子与电子相似，但质量更大。

统计学证据，而非已确认的观测

对2024年和2025年收集的数据进行分析后，信号的统计显著性达到3.0个标准差。将结果与2011—2018年的数据合并后，该数值升至3.2个标准差。在粒子物理学中，三个标准差的水平被视为新现象的证据；在这一结果下出现随机涨落的概率约为0.3%。

与此同时，确认观测需要达到五个标准差的统计显著性。此前，LHCb和CMS在2015年的联合分析报告了这一衰变的初步证据，但后续使用截至2018年数据的研究未能予以确认。

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升级的探测器与机器学习

LHCb的升级推动了这一突破：自2024年以来，该实验开始以比2010—2018年快五倍的速度收集数据。探测器也改善了粒子识别能力。研究人员采用机器学习方法，将罕见信号从大量其他碰撞过程中分离出来。

结果与标准模型一致，标准模型是关于基本粒子和相互作用的主要理论。这类罕见衰变可能对尚未知晓的重粒子的影响敏感，而这些粒子无法在大型强子对撞机中被直接产生。该研究还对相关的B_s → μ+μ−衰变进行了最精确的测量；该衰变约在每10亿次beauty粒子衰变中发生三次。

高亮度大型强子对撞机计划于2030年启动，LHCb的下一次升级计划在下一个十年的中期进行。预计这将使数据收集速率再提高十倍。