欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的LHCb实验近日公布一项新分析：在B介子衰变为K介子和两个μ子的罕见过程中，衰变产物的整体角分布与粒子物理学标准模型预测出现约4个标准差的偏差。相关论文《B0→K0μ+μ−衰变的综合分析》已发表在《物理评论快报》上。
标准模型能够描述已知基本粒子及其相互作用，但仍无法解释暗物质、物质与反物质不对称以及量子尺度下的引力等问题。因此，物理学家一直在寻找可能指向“新物理”的细微迹象。底夸克，也称b夸克，是这类研究的重要对象。即便某些未知粒子过重，无法在大型强子对撞机中直接产生，它们仍可能通过量子效应影响底夸克的罕见衰变，从而留下可测量的痕迹。
此次受到关注的是B→K*μ⁺μ⁻衰变。按照标准模型，这类衰变发生概率很低，只能通过较高阶量子过程出现，虚粒子会短暂参与其中，并影响衰变速率和角分布。如果还存在未知粒子，它们也可能进入这些量子环路，使实验结果相对于理论预测发生轻微偏移。正因为过程罕见，哪怕很小的新贡献，也可能被放大为可观测的差异。
麻省理工学院物理学助理教授、核科学实验室研究员埃卢内德·史密斯介绍，在粒子物理学中，通常需要达到5σ才会被视为发现。4σ对应的p值约为十万分之三，即约0.003%。这意味着，如果标准模型完全正确，偶然看到如此大偏差的概率很低。不过，这一结果还不能直接证明新粒子存在，也可能反映出强相互作用相关理论计算仍有需要完善之处。
这项分析由两个团队独立完成，其中一个团队由史密斯领导。研究人员指出，类似偏差此前已在相关测量中出现，也出现在受相近底层过程支配的其他衰变模式中，这让新结果更受关注。
接下来，更多数据和更精细的理论计算将成为判断关键。大型强子对撞机目前处于第三次运行阶段，LHCb实验也已完成重要升级，包括采用完全基于软件的实时事件选择系统，以记录更多底强子衰变事件。更大的数据集将帮助降低统计不确定性，检验这一偏差是继续增强，还是随数据增加而减弱。
史密斯及其合作者还在推进LHCb下一阶段升级，计划开发低延迟人工智能系统，使实时数据处理和压缩能够直接在探测器前端电子设备中完成。按照研究团队的设想，这将使实验数据采集速率比原始探测器提高40倍，比当前升级系统提高约5倍，从而进一步增强对稀有衰变过程的探测能力。
