El pasado mes de septiembre, la colaboración del experimento LHCb presentó en el “International Conference on Kaon Physics 2019” unas medidas preliminares del proceso de desintegración del K0S (partícula compuesta de dos quarks) en dos muones (partículas casi idénticas al electrón, pero de mayor masa). Además de que la búsqueda de este evento es todo un desafío por ser extremadamente infrecuente –solo cinco de cada billón de K0S se descompone de esta forma según con el Modelo Estándar– es la medida más precisa hasta la fecha de una tasa de desintegración.

Para hallar este fenómeno, el equipo tuvo que modificar notablemente los algoritmos de detección del experimento LHCb, lo que se ha realizado en el marco del proyecto financiado por el European Research Council (ERC) del investigador del IGFAE Diego Martínez Santos.  Este físico fue galardonado en 2013 con el Young Experimental Physicist Prize de la Sociedad Europea de Física por la medida de la desintegración del B0s –partícula similar al K0s, pero de mayor masa– en dos muones, con una frecuencia de tres partes por cada mil millones. Estas desintegraciones tan poco frecuentes son medidas muy importantes en física de partículas, pues permiten testar la presencia o ausencia de campos cuánticos no incluidos en el Modelo Estándar. Dichos campos desviarían el valor medido respecto a la predicción del Modelo.

Si la previsión del Modelo Estándar es correcta, la muestra de datos analizada debería contener aproximadamente dos de estas desintegraciones del K0S, que, de confirmarse, sería la desintegración más rara jamás detectada, y mil veces más infrecuente que la del mesón Bs. El análisis estadístico aun no demuestra con contundencia la presencia de esos dos sucesos, pero ya permite establecer límites superiores a un nivel de precisión sin precedentes en el LHC, acotando la hipotética presencia de partículas aún por descubrir como las supersimétricas o los leptoquarks.

En el futuro, la precisión de esta búsqueda seguirá refinándose con las nuevas muestras que se esperan obtener a partir de 2021 una vez actualizado el detector del LHCb. Además del aumento de la luminosidad, tendrá un nuevo software de detección, que se espera que mejore significativamente la eficiencia de la señal.

Este trabajo presentado en el “International Conference on Kaon Physics 2019” por el investigador predoctoral del IGFAE Miguel Ramos Pernas se incluyó entre los tres resultados destacados junto a uno nuevo de KOTO (Japón) y del proyecto CERN-NA62, además de ser uno de los artículos destacados en el nuevo número del CERN Courier. El equipo de análisis se compuso por los investigadores del IGFAE Diego Martínez Santos, Miguel Ramos Pernas, Claire Prouve, Veronika Chobanova, Xabier Cid Vidal y Alexandre Brea, además de M. Bettler (Cambridge) y G. Graziani (INFN Firenze).

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Imagen: Distribución de la masa invariante obtenida tras la reconstrucción y selección de pares de muones con carga opuesta, candidatos a la desintegración KS0 -> mu+ mu-. Las líneas se corresponden con las distintas componentes de un ajuste a dicho espectro. En negro se muestra el modelo global, en verde la componente de señal, en naranja la contribución por desintegraciones de mesones KL0, y en rojo la contribución por KS0 -> pi+ pi-, donde los dos piones son identificados erróneamente como muones. El número de candidatos observados proveniente de desintegraciones KS0 -> mu+ mu- es compatible con cero.