El Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) participa en dos nuevas medidas de la colaboración LHCb, las más precisas hasta la fecha y que son compatibles con las predicciones del Modelo Estándar. Los resultados se publican en Physical Review Letters y Physical Review D The results are published in Physical Review Letters and Physical Review D
El Modelo Estándar de la física de partículas es la teoría más precisa que describe las propiedades e interacciones de la materia. Sin embargo, no incluye algunos fenómenos bien conocidos como la gravitación o la materia oscura. El objetivo de muchos experimentos de física de partículas es identificar fisuras que indiquen cómo ir más allá de esta teoría. Una de las principales tareas del experimento LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN es detectar y medir desintegraciones extremadamente raras de partículas producidas en colisiones de protones de muy alta energía. Uno de estos eventos es la desintegración del mesón B extraño ‒formado por un quark s y un antiquark b‒ en dos muones, variantes pesadas del electrón. En este caso, raro significa que, según el Modelo Estándar, de cada mil millones de mesones B extraños sólo tres se desintegran de esta manera. Por tanto, se necesitan muchísimos datos para medir la desintegración con precisión. Numerosas propuestas para extender el Modelo Estándar, en cambio, predicen valores diferentes para estas tasas de desintegraciones raras.
En dos nuevos trabajos publicados en las revistas Physical Review Letters y Physical Review D, la colaboración del LHCb, de la que forma parte el IGFAE, centro mixto de la USC y la Xunta de Galicia, informa de la medida más precisa hasta la fecha de la tasa de desintegración del mesón B extraño. Estos resultados, en los que ha participado el investigador postdoctoral del IGFAE Titus Mombächer, son tan significativos que además han sido destacadas como “Sugerencia de los editores” en ambas revistas.
El equipo también exploró otras desintegraciones del mesón B extraño y del mesón B neutro ‒formado por un quark d y un antiquark b‒, aún más raras según el Modelo Estándar, sin encontrarlas (resultado esperado debido a que son necesarios más datos). De este modo, estos trabajos apuntalan la teoría con enorme precisión y restringen sus posibles extensiones.
Contribución del IGFAE
En este análisis, basado en datos recopilados entre 2011 y 2018, han participado investigadores de Alemania, Inglaterra, Italia, Países Bajos y Suiza. Titus Mombächer, investigador del IGFAE en la actualidad, hizo sus contribuciones mientras trabajaba en Dortmund. “Mi aportación específica ‒explica‒ fue principalmente en la evaluación de procesos que podrían confundirse con desintegraciones del mesón B y los procedimientos estadísticos para evaluar el resultado final. Es decir, determinar las probabilidades de desintegración, así como las cotas superiores para aquellas desintegraciones que no observamos con claridad”.
La búsqueda de las desintegraciones del mesón B se ha repetido muchas veces a lo largo de los años según el LHCb acumulaba datos, ya que cuantos más se tienen, más precisa puede ser la nueva medida. Los investigadores del IGFAE Diego Martínez y Xabier Cid trabajaron con los primeros datos recogidos en 2011 y participaron en la primera evidencia de la desintegración del mesón B en 2012.
“El LHC se pone en marcha de nuevo este año, tras una parada técnica para mejorar su sensibilidad y podremos acumular datos más rápido y con mejores técnicas, como nunca antes”, explica Titus. “Con los nuevos datos podremos, por un lado, inspeccionar más de cerca si existe una discrepancia entre las probabilidades de desintegración predichas en el Modelo Estándar y las medidas. Por otra parte, tengo previsto investigar otras propiedades de la desintegración del mesón B extraño en dos muones, que proporcionarán información adicional sobre los procesos físicos que lo originan. En otras palabras, no sólo estudiaré con qué frecuencia se produce esta desintegración, sino cómo”, apunta este investigador.
Referencias:
Aaij et al., “Analysis of neutral B-meson decays into two muons,” Phys. Rev. Lett. 128, 041801 (2022).
Aaij et al., “Measurement of the B0s→μ+μ−Bs0→𝜇+𝜇− decay properties and search for the B0→μ+μ−B0→𝜇+𝜇− and B0s→μ+μ−γBs0→𝜇+𝜇−𝛾decays,” Phys. Rev. D 105, 012010 (2022).
Editors’ Suggestion: Analysis Finds B Meson Behaves Itself
Aaij et al.(LHCb Collaboration), “First Evidence for the Decay B0s→μ+μ−Bs0→μ+μ−,” Phys. Rev. Lett. 110, 021801 (2013)
Imagen: ilustración de un evento real detectado en el experimento LHCb de una colisión protón-protón y posterior desintegración de un mesón B en dos muones. Crédito: CERN.
