قاس الفيزيائيون كيفية تحول ميزون B إلى ميون ونيوترينو، ووضعوا قيودًا جديدة على الجسيمات المراوغة.
📄 معروضة نسخة «بسيط» — «متقدم» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها.
داخل المسرع، تتصادم الجسيمات، وفي لحظة وجيزة يولد ميزون B — جسيم ثقيل يعيش أقل من جزء من مليار من الثانية. عادةً ما يضمحل إلى العديد من الشظايا، لكنه أحيانًا يتحول إلى جسيمين فقط: ميون ونيوترينو. هذا المسار النادر يشبه اليانصيب حيث تفوز التذكرة مرة واحدة من كل مليوني سحب.
جمع الفيزيائيون في منشأتي Belle وBelle II البيانات لسنوات عديدة لالتقاط مثل هذه الأحداث. بحثوا عن الميونات المنطلقة من نقطة التصادم، ومن طاقتها حسبوا مقدار الطاقة التي حملها النيوترينو غير المرئي. وتبين أن احتمال الاضمحلال هو (4.4 ± 1.9 ± 1.0) × 10⁻⁷ — وهذا يعني أنه من بين عشرة ملايين ميزون B، حوالي أربعة فقط تضمحل بهذه الطريقة. الدقة ليست عالية بعد، لكنها النتيجة الأكثر صرامة حتى اليوم.
النيوترينو لا يتفاعل تقريبًا مع المادة: لإيقافه، تحتاج إلى لوح من الرصاص بسمك سنة ضوئية.
الرقم الذي تم الحصول عليه يضع قيودًا على النظريات التي تتضمن أنواعًا إضافية من بوزونات هيغز — الجسيمات المسؤولة عن الكتلة. بالإضافة إلى ذلك، بحث العلماء عن النيوترينوات المعقمة — جسيمات افتراضية لا تشارك في التفاعل الضعيف إطلاقًا. يمكن لهذه الجسيمات أن تحمل الطاقة، مما يغير صورة الاضمحلال. لم يتم العثور على إشارة، لكن تم وضع حدود جديدة على خصائصها: إذا كانت النيوترينوات المعقمة بكتلة تصل إلى 1.5 جيجا إلكترون فولت موجودة، فإنها تختلط مع النيوترينوات العادية بشكل ضعيف للغاية.
كما قامت الدراسة بتحديد قياس اضمحلال آخر لميزون B، حيث ينتج إلكترون أو ميون مع جسيمات أخرى بدلاً من الميون. هناك الاحتمال أعلى — حوالي 2.7 × 10⁻⁴، والقياس يتوافق مع تنبؤات النموذج القياسي. كل هذا يذكرنا بغربلة الرمال بحثًا عن حبيبات الذهب: معظم الأحداث هي خلفية عادية، لكن الارتفاعات النادرة تحكي عن القوانين العميقة للعالم الصغير.
We report a measurement of the branching fraction for the leptonic decay $$B^+\to\mu^+ u_\mu$$. This work presents the first $$B^+\to\mu^+ u_\mu$$ result using Belle~II data, an updated Belle measurement that supersedes the previous result, and their combination, which yields the most precise search to date. The analysis is based on $$1076\,\mathrm{fb}^{-1}$$ of $$e^+e^-$$ collision data collected at a center-of-mass energy of $$10.58\,\mathrm{GeV}$$ with the Belle and Belle~II detectors at the KEKB and SuperKEKB colliders, respectively. We measure $$\mathcal{B}(B^+\to\mu^+ u_\mu)=(4.4\pm1.9\pm 1.0)\times10^{-7}$$, where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The observed significance relative to the background-only hypothesis is 2.4 standard deviations. We set a 90\% confidence level upper limit of $$\mathcal{B}(B^+\to\mu^+ u_\mu)<6.7\times10^{-7}$$ using a frequentist approach and a 90\% credibility level upper limit of $$\mathcal{B}(B^+\to\mu^+ u_\mu)<7.2\times 10^{-7}$$ using a Bayesian approach. These are the most stringent limits to date. The result is interpreted as an exclusion region in the parameter space of type~II and type~III two-Higgs-doublet models. We search for stable sterile neutrinos with masses $$m_N\in[0,1.5]\,\mathrm{GeV}$$. No signal is observed, and the resulting exclusion on the squared mixing parameter $$|U_{\mu N}|^2$$ provides improvement over previous limits. We report a measurement of the partial branching fraction of semileptonic $$B\to X_u\ell u_\ell$$ decays with $$p_\mu^B>2.2\,\mathrm{GeV}$$, obtaining $$\Delta\mathcal{B}(B\to X_u\ell u_\ell)=(2.72\pm0.05\pm0.29)\times10^{-4}$$. We present a model-dependent study of weak annihilation decays using the muon momentum spectrum. We observe a signal of 2.4 standard deviations above the background-only hypothesis in regions where the distribution resembles that of $$B\to X_u\ell u_\ell$$ decays.