新稀有粒子衰變 臺大榮登Nature

圖說:加權雙渺子質量頻譜,淺褐色區間顯示B0s介子、藍色區間顯示B0介子的質量分佈範圍。

在2015年5月13日登載在《自然》期刊的論文中,大強子對撞機LHC的CMS與LHCb實驗組共同宣布發現極稀有的B0s粒子到雙渺子衰變。標準模型理論預測這個稀有次原子衰變過程每十億次只發生四回,但至今從來沒被看到過。探討這類衰變可開啟如超對稱或其他超越標準模型理論之門。

這次分析的數據來自2011與2012年的LHC運轉,還附帶提供了一個初期徵兆,乃是來自B0s的近親B0的類似,但更難得一見的雙渺子衰變。B0s與B0都是介子,是由一顆奇(s)或下(d)夸克與一顆反底(b)夸克組成、藉強作用綁在一起的次原子粒子。這些粒子只在高能對撞中產生,如粒子加速器、或在自然界中的宇宙線交互作用。

這個結果是兩個不同實驗合作無間的極佳範例,示範了聯合各實驗數據時所能達到的更高精確度。

此次大強子對撞機的《自然》期刊論文,臺大高能實驗組有重大貢獻。論文於2014年11月在CMS與LHCb實驗間共同完稿、投遞,需要極多的聯絡與協調。跨越不同實驗組的協調最是不易。在2013到2014年任CMS「B物理」召集人的臺大陳凱風教授,正是肩負CMS內部協調並對外與LHCb實驗聯絡的重任。陳教授更因實際需要,投身CMS物理分析,將百來個參數統合起來,有決定性貢獻,也動用了臺大高能組的運算PC叢集。

過去五年臺大高能組侯維恕教授所獲科技部學術攻頂計畫,讓臺大參與CMS實驗無論在硬體製作與軟體、物理分析上有完整參與的堅實基礎,臺大團隊藉攻頂計畫所參與的CMS實驗「畫素偵測器」第一階段升級,正是與此篇論文核心貢獻者瑞士聯邦研究院PSI共同合作,預計明年底裝入CMS偵測器。此篇《自然》期刊論文,乃是歷來所有B物理相關的第二篇,前一篇的日本Belle實驗2008年論文,由臺大張寶棣教授與侯維恕教授領銜主導。


圖說:以B0與B0s衰變率為軸線繪製的可信度輪廓圖。黑十字是最可能的中心值, 赭紅十字則是標準模型預測值。

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