物理学者は、Wボソンのミューオンとタオンへの崩壊率が等しいことを確信しています。

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物理学者は、Wボソンのミューオンとタオンへの崩壊率が等しいことを確信しています。
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Wボソンの第3世代および第2世代レプトンへの相対崩壊率と標準模型の理論的予測との比較

物理学者は、大型ハドロン衝突型加速器のATLAS検出器でのWボソンの崩壊を追跡し、このプロセスでタオンとミューオンが生成される速度を比較しました。両方の粒子が測定誤差内で等しく形成されることが判明しました-これはレプトンの普遍性に関する標準モデルの公理と一致し、8年前の同様の分析で観察された理論的予測との不一致を排除します。記事はジャーナルNaturePhysicsに掲載されました。

標準模型では、レプトンは強い相互作用に関与しない半整数スピンを持つ基本粒子です。レプトンには3つの世代があり、それぞれが荷電粒子とその中性パートナーであるニュートリノで構成されています。電子は、そのタイプのニュートリノとともに、第1世代に属し、第2世代(より重いミューオン、第3世代)、さらに重いタオンに属します。

現在の概念によれば、レプトンの普遍性が発生します-粒子の各世代は同じメカニズムに従って電弱相互作用に参加します。つまり、これらのプロセスの観点から、次世代のレプトンは前の世代の加重コピーです一。

このステートメントをテストする便利な方法は、Wボソンの崩壊を観察することです-弱い相互作用の帯電した巨大なキャリア。レプトンの普遍性に関する標準模型の仮定が有効である場合、ほぼ同じ確率のWボソン(崩壊生成物の質量が異なるために小さな補正があります)は、3つのレプトンペアのそれぞれに崩壊します-これは、電子、ミューオン、タオンの生成率とそれらのタイプのニュートリノ(またはWボソンの電荷に応じて対応する反粒子)。

電子とミューオンの場合、これらの速度はLEP、LHCb、ATLASの実験ですでに比較されています。実験結果は、1%の精度で標準モデルの予測と一致しました。しかし、最近までの最も正確な実験では、タオンが関与して、これらの粒子はミューオンと比較して予想よりも多く記録されました-その後、理論値からの偏差は測定の標準誤差を超えました。さらに、最近の論文では、最大3標準偏差の有意水準で電子とミューオンのレプトン普遍性の違反の兆候が報告されています。

CERNのAndreasHoeckerが参加したATLASコラボレーションの物理学者は、大型ハドロン衝突型加速器の同じ名前の検出器でのWボソン崩壊におけるミューオンとタオンの生成率を指定しました。分析には、重心系でのエネルギーが13テラエレクトロンボルトの陽子-陽子衝突のデータを使用しました。これは、検出器が2015年から2018年に収集したものです。

信号伝達プロセスは、tクォークとその反クォークからのペアの生成であり、その後、Wボソンとbクォークに崩壊します。次に、Wボソンは、対応するタイプのニュートリノとともに、ミューオンとタオンに崩壊しました。しかし、重いタオンは検出器に到達する時間がなく、より軽いミューニュートリノとニュートリノに崩壊しました。したがって、検出器は2種類の信号ミューオンを記録しました。1次(つまり、Wボソンの崩壊で生まれたもの)と2次(テオンの崩壊で生まれたもの)です。

二次ミューオンのため、平均して、検出器は粒子の横方向(検出器軸に対して)の運動量を、粒子の中に一次粒子しかない場合よりも小さく測定しました-バックグラウンドプロセスのモデリングとともに、これにより研究者は一次ミューオンと二次ミューオン、そしてこれに基づいて、Wボソンが第2世代と第3世代のレプトンに崩壊する確率を比較します。

分析の体系的および統計的エラーを考慮に入れると、ミューオンと比較したタオンの相対生成率は0、992±0、013でした-エラー制限内で、これは標準モデルの予測と一致します。値は、1万分の1のオーダーの精度で1に等しくなければなりません。

著者らは、この分析により、以前に観察された理論と実験の不一致を解決し、このタイプの崩壊における旧世代のレプトンのレプトンの普遍性を確認できるだけでなく、以前と比較して測定精度を約2倍にすることができたと述べています。動作します。

エディターから

ノートの元のバージョンでは、研究がNatureに掲載されたことが報告されました。実際、この記事はNaturePhysicsに掲載されました。

先ほど、B中間子の崩壊を観測することでレプトンの普遍性がどのように疑問視されているか、ミューオンの磁気モーメントの異常が4、2σの有意性でどのように測定されているかについて話しました。

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