El CMS mide la desintegración de partículas raras con gran precisión

Visualización de una desintegración de un mesón Bs en los datos del Run 2. Las dos líneas rojas corresponden a los dos muones de la desintegración. Crédito: CERN

En el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, el estudio de procesos raros permite a los científicos inferir la presencia de partículas pesadas, incluidas las no descubiertas, que no pueden producirse directamente. Se prevé que estas partículas existan más allá del Modelo Estándar, y podrían ayudar a explicar algunos de los enigmas del universo, como la existencia de la materia oscura, las masas de los neutrinos (partículas esquivas que originalmente se creían sin masa) y la asimetría materia-antimateria del universo.

Uno de estos procesos es la rara desintegración 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 mesón B0 está formado por un antiquark belleza y un quark down, mientras que para el mesón Bs el quark down es sustituido por un quark extraño. Si no hay nuevas partículas que afecten a estas raras desintegraciones, los investigadores han predicho que sólo uno de cada 250 millones de mesones Bs decaerá en un par muón-antimuón; para el mesón B0, el proceso es aún más raro, con sólo uno de cada 10.000 millones.

Los científicos llevan buscando la confirmación experimental de estas desintegraciones desde la década de 1980. Sólo recientemente, en 2014, se informó de la primera observación de la desintegración de Bs a muones en un análisis combinado de los datos tomados por las colaboraciones LHCb y CMS, posteriormente confirmados por los experimentos ATLAS, CMS y LHCb individualmente. Sin embargo, la desintegración de B0 sigue eludiendo cualquier intento de observarla.

Utilizando los datos de la Carrera 2 del LHC, el experimento CMS ha publicado un nuevo estudio de la tasa de desintegración y el tiempo de vida de la desintegración del mesón Bs, así como una búsqueda de la desintegración B0. El nuevo estudio, presentado en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP), se beneficia no sólo de una gran cantidad de datos analizados, sino también de avanzados algoritmos de aprendizaje automático que distinguen los raros eventos de desintegración del abrumador fondo de eventos producidos por millones de colisiones de partículas por segundo.

Los resultados revelaron una señal muy clara de la desintegración del mesón Bs en un par muón-antimuón. La precisión de la medición de la tasa de desintegración supera la lograda en mediciones anteriores en otros experimentos.

Tanto la tasa de desintegración de Bs observada, que es de 3,8 ± 0,4 partes por mil millones, como la medición de su tiempo de vida de 1,8 ± 0,2 picosegundos (un picosegundo es una trillonésima parte de un segundo), están muy cerca de los valores predichos por el Modelo Estándar.

En cuanto a la desintegración B0, aunque no se ha encontrado ninguna evidencia de ella a partir de estos resultados, los físicos pueden afirmar con un 95% de confianza estadística que su tasa de desintegración es inferior a 1 parte entre 5.000 millones.

En los últimos años se han observado varias anomalías en otras desintegraciones raras del mesón B, con discrepancias entre las predicciones teóricas y los datos, lo que indica la posible existencia de nuevas partículas. El nuevo resultado del CMS se acerca mucho más a las predicciones teóricas que estas otras desintegraciones raras, por lo que podría ayudar a los científicos a comprender la naturaleza de las anomalías.

Las desintegraciones raras del mesón B siguen siendo de gran interés para los científicos. Con la desintegración del mesón Bs en muones firmemente establecida y medida con alta precisión, los científicos están ahora poniendo sus miras en el premio final: la desintegración B0. Con los grandes conjuntos de datos que se esperan del tercer ciclo del LHC, esperan poder ver por primera vez este proceso extremadamente raro y aprender más sobre las desconcertantes anomalías.


El nuevo análisis del LHCb sigue viendo los intrigantes resultados anteriores


Más información:
cms.cern/news/new-study-rare-b … son-decays-two-muons

Cita:
Investigadores miden con gran precisión la desintegración de partículas raras (2022, 14 de julio)
recuperado el 14 de julio de 2022
de https://phys.org/news/2022-07-rare-particle-high-precision.html

. , .
. únicamente con fines informativos.

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