人们说，等待的人会有好报，LHCb 合作组织的最新结果标志着长达数十年的搜索的一个重要里程碑。正如今天在欧洲核子研究组织（CERN）举行的研讨会上宣布的那样，该合作组织发现了美丽粒子百亿分之一衰变的证据，成为第一个使用单个实验数据做到这一点的证据。
衰变是包含美夸克和下反夸克（称为 B）的粒子的衰变d转化为一对 μ 子 (μ+米–）。与理论预测一致，新结果限制了标准模型之外可能出现的新粒子。
量子物理学描述了粒子衰变如何受到其他粒子的影响。因此，精确测量这种美夸克衰变可以揭示新粒子的迹象，这些粒子太重而无法在大型强子对撞机碰撞中直接产生。一般来说，衰变的可能性越小，它对新粒子的影响就越敏感。
乙d → 米+米– 是衰变子集的一部分，衰变非常罕见，长期以来一直被视为寻找新物理学的“黄金通道”。在这些衰变中，美夸克和带相反电荷的反夸克湮灭，释放出能量，变成μ子（一种类似于电子的粒子，但更重）及其反粒子。 2015 年，LHCb 和 CMS 合作组织的联合分析首次观测到 Bs → 米+米– 以及对 B 的第一个证据的主张d → 米+米–。然而，在随后使用截至 2018 年收集的数据进行的更新中，B 的证据d → 米+米– 没有得到证实。乙s → 米+米– 每十亿个美丽粒子衰变中只发生大约三次衰变，但是 Bd → 米+米– 甚至更罕见，预计发生率低约三十倍。
2024 年，LHCb 实验进行了重大升级，数据收集速度是 2010 年至 2018 年期间的五倍。这次升级还增强了探测器区分不同类型粒子的能力。这些改进与机器学习技术的应用相结合，使大型强子对撞机团队能够抑制巨大的背景过程，否则这些背景会淹没这些罕见的美丽粒子衰变的信号。
“四十多年来，物理学家一直在追踪这种衰变，”这个由 19 人组成的国际分析小组的共同领导者 Marco Santimaria 说。 “需要极高的精度才能从巨大的背景中挑选出μ介子。”
为了证明新现象的证据，结果需要 3 个“标准差”的显着性水平，相当于信号随机发生的概率仅为 0.3%。 LHCb 实验从 2024 年到 2025 年采集的数据揭示了 B 的证据d → 米+米– 衰减水平为 3.0 标准差。通过将这些数据与 2011 年至 2018 年收集的数据相结合，显着性水平升至 3.2 个标准差，远远超出了普遍接受的阈值。在同一项分析中，该团队还对之前观察到的 B 进行了有史以来最精确的测量s → 米+米– 衰变。
进一步的研究将寻求证实 B 的发生d → 米+米– 通过达到 5 个标准差的显着性水平来衰减。这将使其成为迄今为止观察到的最罕见的美丽粒子衰变。
2030 年 HiLumi LHC 的启动以及计划在下一个十年中期升级 LHCb 可能会将数据收集率提高另一个数量级。 LHCb 稀有衰变召集人和分析联合负责人 Harry Cliff 解释道：“看到这种罕见衰变的证据令人难以置信地兴奋，这为探索大型强子对撞机直接覆盖范围之外的探索提供了新的可能性。” “未来的大型强子对撞机升级将使我们能够观察到更多的此类衰变，从而为未发现的粒子提供更高的灵敏度。”
