Cern, 42 Yıldır Aranan Bozunmanın İzini Buldu

LHCb ekibi, B⁰-mezonu iki müona bozunurken 10 milyarda 1 olasılıklı nadir olayın ilk güçlü kanıtını 3,2 sigma ile elde etti.

CERN'deki LHCb deneyi, B⁰-mezonunun iki müona bozunmasının ilk güçlü kanıtını buldu; bu olay 10 milyar bozunmada yaklaşık bir kez gerçekleşiyor.

Arama 1984'te CLEO deneyiyle başlamıştı; yeni sonucun anlamlılığı 3,2 standart sapma, bu yüzden henüz resmî keşif sayılmıyor.

Ölçüm Standart Model ile uyumlu; analizde yükseltilen dedektör ve makine öğrenmesi algoritması kullanıldı.

Fizikçiler 1984'ten beri çok nadir görülen bir parçacık dönüşümünün peşinde. CERN'deki LHCb deneyi, B⁰-mezonunun iki müona bozunmasının ilk güçlü kanıtını buldu; bu olay 10 milyar bozunmada yalnızca bir kez gerçekleşiyor. Ancak sonuç henüz resmî keşif sayılacak kesinliğe ulaşmadı.

B⁰-mezonu, ağır kuarklardan biri olan b-kuarkı içeren kararsız bir temel parçacık. İncelenen bozunumda ayrıca iki müona dönüşüyor. Müonlar elektronlara benzer, ancak 207 kat daha ağır; üstelik detektörde karakteristik izler bırakıyor.

Bu süreç tek bir temel etkileşimle gerçekleşmiyor. Bunun yerine W bozonları ve t-kuarkları gibi ağır parçacıkların katıldığı kuantum döngülerinden geçiyor. Bu yüzden olasılığı çok düşük. Öte yandan, bilinmeyen parçacıklar döngüye girerse olasılığı değiştirebilir.

Araştırmacılara göre bu tür ölçümler, 100 TeV'ye kadar enerji ölçeklerinde yeni etkileşimleri sınayabiliyor. Bu değer, LHC'deki doğrudan çarpışma enerjisinin çok üzerinde.

Yeni verideki anlamlılık 3,0 standart sapma; önceki ölçümlerle birleşince ise 3,2 oldu.

Standart Model'in tahmini 10 milyarda 1,03 olay.

LHCb ise 10 milyarda 1,26 değerini ölçtü; çünkü belirsizlik payı büyük.

Bu ölçümden önceki en sıkı sınır ise 10 milyarda 1,6'ydı.

İlk arama 1984'te CLEO deneyiyle başlamış, ancak o zaman yalnızca bir üst sınır konabilmişti. Şimdi ise tek bir deneyde ilk kez kanıt görüldü. Yine de 3,2 sigma, rastlantısal dalgalanmayı keşif için gereken güvenle dışlamıyor.

Analizde LHC'nin üçüncü çalışma dönemi, yani Run 3 verisi kullanıldı. Veriler ayrıca 2024-2025'te, 13,6 TeV çarpışma enerjisinde toplandı. Toplam miktar 18 ters femtobarn tümleşik ışınıma denk geliyor. Bu nedenle bu değer, deneyin kaç nadir olay yakalayabileceğini tahmin etmeye yarıyor.

Önemli rolü yükseltilmiş LHCb Upgrade I dedektörü oynadı. İzin verilen anlık ışınım, eski dedektöre göre 5 kat arttı. Ayrıca donanım tabanlı ilk seçme katmanının yerini tümüyle yazılım tabanlı sistem aldı. Gelişmiş iz ve müon dedektörleri de böylece parçacık türünü daha iyi ayırıyor.

Ekip, arka plan gürültüsünü ayıklamak için karar ağaçlarına dayalı bir makine öğrenmesi algoritması (BDT) kullandı. Algoritma, parçacık yörüngelerine, doğuş ve bozunum noktalarına bakıyor. Gerçek bir B-mezonu, rastgele müon çiftlerine göre diğer parçacıklardan daha yalıtılmış oluyor. Olaylar ayrıca 5 kategoriye bölündü.

Aynı analizde daha yaygın olan Bₛ⁰-mezonunun iki müona bozunumu da ölçüldü. Yeni veride olasılık 1 milyarda 3,31 çıktı; ama Standart Model'in tahmini 3,66. Önceki dönemlerle birleşince değer 3,25 oldu. Bu, tek bir deneydeki en hassas ölçüm.

Etkin yaşam süresi ise yeni veride 1,42 pikosaniye, önceki ölçümlerle birlikte 1,60 pikosaniye bulundu. Bₛ⁰-mezonu, kütleleri ve ömürleri biraz farklı iki halde bulunuyor. Örneğin ek Higgs bozonları, Z′ bozonları veya lepto-kuarklar bu dengeyi değiştirebilir. Dolayısıyla olasılık ile yaşam süresi, sapmaları aramak için iki bağımsız yol sunuyor.

Tüm yeni ölçümler Standart Model ile uyumlu. Yine de bu hassasiyet, doğrudan test edilemeyen varsayımsal etkileşimleri sınırlamaya yarıyor. Son olarak LHCb için sonuç, Upgrade I dedektörüyle yapılan ilk B-mezonu iki müon bozunumu testi oldu.

Haberde hata mı var?Bize bildirin

Senin fikrin ne?

Sen olsan, CERN'in bu kadar nadir bir bozunumu ararken kullandığı yöntemlerden hangisi seni en çok etkiledi?

İlk yorumu siz yazın.