顯示候選中性美介子衰變?yōu)榧ぐl(fā)中性 kaon 和 J/ψ 介子。 J/ψ 介子衰變成一對(duì) μ 介子(紅線)，激發(fā)的中性 kaon 衰變?yōu)閹щ?π 介子和帶電 kaon(黃線)。 (圖片來源：ATLAS/CERN)
近日，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)的ATLAS合作組發(fā)布了關(guān)于電中性B0介子壽命的新高精度測量結(jié)果。B0介子是一種由底反夸克和下夸克組成的強(qiáng)子，對(duì)其的研究有助于深入理解弱力介導(dǎo)的相互作用以及重夸克束縛態(tài)的動(dòng)力學(xué)。
在過去幾十年里，B介子(由一個(gè)底夸克和另一個(gè)夸克組成)一直是物理學(xué)家研究的熱點(diǎn)。通過對(duì)B介子的研究，科學(xué)家們能夠探索罕見且精確預(yù)測的現(xiàn)象，從而揭示自然界的基本規(guī)律。B0介子作為B介子的一種，其壽命的測量對(duì)于理解其衰變機(jī)制至關(guān)重要。
此次ATLAS合作組的研究基于LHC第2次運(yùn)行(2015-2018)期間收集的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞數(shù)據(jù)，總計(jì)達(dá)到了140逆飛靶(每逆飛靶對(duì)應(yīng)約100萬億次質(zhì)子-質(zhì)子碰撞)的龐大數(shù)據(jù)集。研究人員通過尋找B0介子衰變成激發(fā)中性介子(K0)和J/ψ介子的過程，并對(duì)J/ψ介子衰變成一對(duì)μ子以及K0介子衰變成帶電π介子和帶電介子的過程進(jìn)行深入研究，最終測量出B0介子的壽命為1.5053皮秒(1皮秒為萬億分之一秒)，統(tǒng)計(jì)不確定度為0.0012皮秒，系統(tǒng)不確定度為0.0035皮秒。這是迄今為止對(duì)B0介子壽命最精確的測量結(jié)果，與之前的測量結(jié)果相比有顯著改進(jìn)。
除了測量B0介子的壽命外，ATLAS團(tuán)隊(duì)還計(jì)算了其衰變寬度。衰變寬度是任何具有有限壽命的不穩(wěn)定粒子的基本參數(shù)，與粒子的壽命成反比。經(jīng)測量，B0介子的衰變寬度為0.664皮秒-1。
研究人員還將這一結(jié)果與之前對(duì)Bs0介子(由一個(gè)底夸克和一個(gè)奇夸克組成)衰變寬度的測量結(jié)果進(jìn)行了比較。他們發(fā)現(xiàn)，衰變寬度的比率與1一致，這反映了B0介子和Bs0介子衰變寬度的接近性。這些結(jié)果與重夸克模型的預(yù)測相符，為進(jìn)一步調(diào)整這些預(yù)測提供了寶貴的數(shù)據(jù)。
此次ATLAS合作組的高精度測量結(jié)果不僅增強(qiáng)了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型中弱力介導(dǎo)衰變的理解，還為未來的理論發(fā)展提供了重要的數(shù)據(jù)支持。
將新的 ATLAS B0 壽命結(jié)果與之前的 ATLAS 結(jié)果以及 LHCb、CMS、D0、CDF、Belle II、BaBar 和 Belle 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較。(圖片：ATLAS/CERN)
