CERN 的研究人員最近透過 NA62 實驗提升了對其中一種極為罕見粒子過程的理解,這種過程大約每 100 億次事件中僅會出現一次。他們專注於研究由奇異夸克(s quarks)構成的粒子,稱為 kaons。這個國際合作團隊由來自 16 個國家的 33 個機構組成,致力於研究 kaons 的衰變。Kaons 被認為是所有夸克中第三輕的粒子,壽命極短,通常在高能碰撞中產生。
此次合作的研究結果顯著降低了對這一稀有粒子衰變測量的不確定性。CERN 的首席數據分析師 Joel Swallow 博士指出,這是我們目前分析的最敏感數據集。他表示,能夠清晰地觀察並精確測量如此罕見而難以捕捉的現象,從技術角度來看是一個巨大的成功。
在 NA62 實驗中,團隊調查了一個極為罕見的過程,其中一個正電荷的 kaon 衰變為一個 pion 和一對中微子—反中微子 (K + → π + νν)。由於中微子與物質的相互作用極其微弱,檢測這一衰變需要龐大的數據集和高度精確的檢測器。中微子沒有電荷,質量極小,能夠不留痕跡地逃離檢測器。因此,研究人員需要通過仔細分析剩餘粒子的運動和能量來間接重建衰變過程。
根據研究人員的說法,這一衰變過程的出現頻率約為每 100 億次 kaon 事件中一次。因此,團隊需要分析巨量的碰撞數據,以從數十億次普通粒子相互作用中篩選出少數候選事件。這一實驗因此生成了強大的 kaons 流,這使其獲得了「kaon 工廠」的別稱。kaons 是通過將高強度的質子束從超質子同步加速器(Super Proton Synchrotron)射向鈹靶而產生的,每秒可產生近十億個粒子,其中約 6% 是 kaons。
研究人員報告稱,他們在 2024 年觀測到了這一過程,統計顯著性達到五個標準差。通過整合 2023 年和 2024 年的數據,並應用改進的機器學習分析技術,團隊進一步精煉了對 kaon 衰變的理解。他們計算出該衰變約發生於每 100 億次 kaon 衰變中一次,新的測量結果比早期估算精確了約 40%。
隨著精確度的提高,kaon 衰變的測量結果與理論預測相符,並限制了超越標準模型(Standard Model)的可能物理現象。NA62 的發言人 Giuseppe Ruggiero 博士在聲明中表示,這一標準模型的壓力測試相當出色,考慮到這一過程的極端稀有性和理論的純淨性。我們再次證明了當前我們的自然界主導理論具有不可思議的預測能力。NA62 合作的研究結果剛在 2026 年的 La Thuile 會議上發表。




