物理学者は、中性のチャームド中間子の状態間の「粒子-反粒子」タイプの振動を実験的に発見し、これらの状態の質量と幅の違いも測定しました。このために、物理学者は、大型ハドロン衝突型加速器での陽子-陽子衝突で2016年から2018年に記録された崩壊D0→K0Sπ+π-に関する大量のデータを分析しました。結果はジャーナルPhysicalReview Lettersに送信され、現在プレプリントが利用可能です。
「量子重ね合わせ」の概念は、通常、光子、原子、人工原子のようなシステムなどの非エキゾチック物質を使った実験に関連しています。通常、彼らはキュービットについて話します-重ね合わせを組み立てることができる2つの状態のシステム。この場合、これは同じオブジェクトの状態です：粒子または原子。
それにもかかわらず、物理学は、状態「粒子-反粒子」間、つまり実際には異なる粒子間で重ね合わせが可能な場合のいくつかの例を知っています。言い換えれば、そのような粒子の特性を測定することにより、通常の状態または反粒子の状態のいずれかで、ある程度の確率でそれを満たすことができます。これらの粒子の1つは、1つのチャームクォークと1つの上部反クォークからなるニュートラルチャーム中間子（D0中間子）であることが判明しました。物理学者は、D0中間子が伝播するにつれて、粒子から反粒子へ、またはその逆に絶えず変化するはずであると想定しました（つまり、中性振動に関与します）が、これの証拠は最近まで発見されていません。
彼らの新しい研究では、大型ハドロン衝突型加速器のLHCbコラボレーションは、陽子-陽子衝突で2016年から2018年に記録された3000万を超えるD0→K0Sπ+π-崩壊イベントの分析結果を示しました。 D0中間子は実際に発生しています。混合および減衰中のCP不変性の違反の可能性を考慮に入れると、物理学者は、7つの標準偏差を超えた自分の重ね合わせ状態の質量と幅の違いをかなり正確に推定することができました。
CP不変性は、すべての粒子をミラーリングして反粒子に置き換えると同時に、それ自体に変換する物理システムの特性です。長い間、相互作用はそれを壊すことができないと信じられていましたが、20世紀の半ばに、これは弱い相互作用を伴うプロセスで時々起こることが明らかになりました。最終的に、CP不変性はCPT不変性に置き換えられ、対称性に時間反転が追加されました。この不変性は最も厳密です。
それにもかかわらず、物理学者は中性振動の過程を含め、CP対称性の破れを積極的に研究し続けています。特に、科学者は、粒子から反粒子への変換、およびその逆の変換は、さまざまな速度で発生する可能性があると考えています。この非対称性は間接CP対称性の破れと呼ばれます。 D0中間子を用いた新しい研究で行われた、振動粒子の崩壊生成物を分析することにより、これらの違反を定量化することが可能であることが判明しました。
このために、著者は、状態の混合パラメーターがほぼ一定である非交差領域の形式でそれらを表すことからなる、ダリッツ図を分析するためのモデルに依存しない方法を使用しました。 CP対称性の破れがない場合、結果として得られるパーティションは、等しい質量の二等分線に関して反対称である必要があります。二等分線に関してミラーリングされた領域の各ペアについて、物理学者は、中間子崩壊のさまざまな期間に対するイベントの数の比率を計算しました。このアプローチにより、D0中間子が一度に3つの粒子に崩壊するため、プロセス全体を詳細に説明する必要なしに分析を実行することが可能になりました。これはかなり複雑です。
D0K0Sπ+π-の崩壊に対応するダリッツ図の8つの正の領域と8つの負の領域への分割。各色は異なる領域を表します。
分析により、計算された量の振る舞いは、メソンの両方の重ね合わせ状態の質量が異なり、10〜41キログラムしか異なる場合にのみ説明できることが示されました。さらに、系統的および統計的誤差を注意深く検討することにより、混合および崩壊中のCP対称性の破れが重要な役割を果たしていると結論付けることができました。
得られた結果により、科学者は粒子間遷移で非対称性がどのように発生するか、またはその逆をよりよく理解できるようになります。おそらく、この非対称性が、反物質よりもはるかに多くの物質が宇宙に存在する理由です。
大型ハドロン衝突型加速器は、ますます多くの新しい発見の源です。私たちは最近、レプトンフレーバーの普遍性の違反を発見し、ヒッグス粒子とそれ自体との相互作用を制限した方法について話しました。
