Тяжёлый камень падает в пруд, и по воде расходятся круги с особым узором — по нему можно узнать, что скрывается под водой. Примерно так физики изучают распады частиц: редкие превращения, в которых тяжёлая частица вдруг становится лёгкой, испуская свет или пару заряженных частиц. В новой работе впервые рассчитан такой процесс для частицы под названием кси-барион — «тяжеловеса» из мира субатомных частиц.
Кси-барион содержит один тяжёлый b-кварк (частица, из которой состоит, например, протон, но гораздо тяжелее) и два более лёгких кварка. Когда b-кварк превращается в другой, более лёгкий кварк, вся частица меняется: вместо кси-бариона получается другая частица — лямбда-барион. Такие превращения описываются сложными формулами, которые зависят от того, как распределены заряды и токи внутри частицы. Эти «формулы» называют форм-факторами, и именно их рассчитали авторы работы с помощью метода, называемого решёточной КХД. Решёточная КХД — это способ вычислений, при котором пространство и время разбивают на крошечные ячейки, как сетку, и решают уравнения на этой сетке с помощью суперкомпьютеров.
Расчёты показали, как часто кси-барион распадается с излучением света (фотона) или с рождением пары частиц — мюона и антимюона (тяжёлые родственники электрона). Эти распады чрезвычайно редки: примерно один раз на миллиард случаев. Но именно в такой редкости их ценность. Если эксперимент обнаружит, что распад происходит чаще или реже, чем предсказывает нынешняя теория (Стандартная модель), это будет признаком существования новых частиц или сил, о которых мы пока не знаем.
Результат — это карта, по которой экспериментаторы на Большом адронном коллайдере и других установках смогут искать отклонения от предсказаний. Как узор на воде от камня может рассказать о глубине пруда, так и редкие распады кси-бариона помогут заглянуть за пределы известной физики.
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.18438
We present the first lattice QCD determination of the $$\Xi_b \to \Xi$$ vector, axial-vector, and tensor form factors, which are relevant for the theory of rare decays including $$\Xi_b \to \Xi \ell^+\ell^-$$ and $$\Xi_b \to \Xi \gamma$$. The calculation is performed with 2+1 flavors of domain-wall fermions at three different lattice spacings and pion masses in the range from approximately 430 to 230 MeV. The bottom quark is implemented using an anisotropic clover action. Three-point functions with a wide range of source-sink separations and model averaging are used to extract the ground-state contributions. We fit the dependence of the form factors on the momentum transfer, the pion mass, and the lattice spacing using modified $$z$$ expansions that account for subthreshold branch cuts, and apply dispersive bounds and asymptotic-behavior constraints to achieve controlled uncertainties in the full semileptonic kinematic region. Using our form factor results, we present Standard-Model predictions for the $$\Xi_b^- \to \Xi^- \gamma$$ and $$\Xi_b^- \to \Xi^- \mu^+\mu^-$$ branching fractions and two angular observables.
Кси-барион живёт меньше миллиардной доли секунды, но за это время успевает пролететь несколько сантиметров в детекторе — достаточно, чтобы оставить заметный след.