Los investigadores miden la descomposición de partículas raras con alta precisión

En el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, los estudios de procesos raros permiten a los científicos inferir la presencia de partículas pesadas, incluidas partículas no descubiertas, que no se pueden producir directamente. Se prevé ampliamente que tales partículas existan más allá del modelo estándar, y podrían ayudar a explicar algunos de los enigmas del universo, como la existencia de materia oscura, las masas de los neutrinos (partículas escurridizas que originalmente se pensaba que no tenían masa) y la materia del universo. asimetría de antimateria.

Uno de esos procesos es la rara descomposición de los mesones B neutros en un par de muones y antimuones: el primo más pesado del electrón emparejado con su correspondiente antipartícula. Hay dos tipos de mesones B neutros: El B⁰ el mesón consiste en un antiquark beauty y un quark down, mientras que para el B_s mesón el quark abajo es reemplazado por un quark extraño. Si no hay nuevas partículas que afecten estas raras desintegraciones, los investigadores han predicho que solo una en 250 millones B_s los mesones se descompondrán en un par muón-antimuón; para el B⁰ mesón, el proceso es aún más raro, en sólo uno en 10 mil millones.

Los científicos han estado buscando una confirmación experimental de estas desintegraciones desde la década de 1980. Recientemente, en 2014, fue la primera observación de la B_s al decaimiento de muones informado en un análisis combinado de datos tomados por las colaboraciones LHCb y CMS, luego confirmado por los experimentos ATLAS, CMS y LHCb individualmente. Sin embargo, el B⁰ la decadencia aún elude cualquier intento de observarla.

Usando datos de la ejecución 2 del LHC, el experimento CMS ha publicado un nuevo estudio de la tasa de decaimiento y la vida útil del B_s mesón decaimiento, así como una búsqueda de la B⁰ decadencia. El nuevo estudio, presentado en la Conferencia Internacional sobre Física de Altas Energías (ICHEP, por sus siglas en inglés), se beneficia no solo de una gran cantidad de datos analizados, sino también de algoritmos avanzados de aprendizaje automático que distinguen los raros eventos de descomposición del abrumador fondo de eventos producidos por millones. de colisiones de partículas por segundo.

Los resultados revelaron una señal muy clara de la B_s mesón que se descompone en un par muón-antimuón. La precisión de la medición de la tasa de decaimiento supera la lograda en mediciones anteriores en otros experimentos.

Tanto el observado B_s la tasa de decaimiento, que se encuentra en 3,8 ± 0,4 partes en mil millones, y su medición de vida útil de 1,8 ± 0,2 picosegundos (un picosegundo es una billonésima de segundo), están muy cerca de los valores predichos por el modelo estándar.

En cuanto a la B⁰ decaimiento, aunque no se encontró evidencia de ello a partir de estos resultados, los físicos pueden afirmar con un 95% de confianza estadística que su tasa de decaimiento es inferior a 1 parte en 5 mil millones.

En los últimos años, se han observado una serie de anomalías en otras desintegraciones raras del mesón B, con discrepancias entre las predicciones teóricas y los datos, lo que indica la existencia potencial de nuevas partículas. El nuevo resultado de CMS está mucho más cerca de las predicciones teóricas que estos otros decaimientos raros y, por lo tanto, podría ayudar a los científicos a comprender la naturaleza de las anomalías.

Las desintegraciones raras del mesón B continúan siendo de gran interés para los científicos. con la B_s mesón a muones decaimiento firmemente establecido y medido con alta precisión, los científicos ahora están poniendo sus miras en el premio final: el B⁰ decadencia. Con grandes conjuntos de datos anticipados de LHC Run 3, esperan poder vislumbrar por primera vez este proceso extremadamente raro y aprender más sobre las desconcertantes anomalías.