Visualizzazione di un decadimento di un Bs mesone nei dati di Run 2. Le due linee rosse corrispondono ai due muoni del decadimento. Credito:CERN
Al Large Hadron Collider (LHC) del CERN, gli studi di processi rari consentono agli scienziati di dedurre la presenza di particelle pesanti, comprese le particelle sconosciute, che non possono essere prodotte direttamente. È ampiamente previsto che tali particelle esistano oltre il Modello Standard e potrebbero aiutare a spiegare alcuni degli enigmi dell'universo, come l'esistenza della materia oscura, le masse di neutrini (particelle sfuggenti originariamente ritenute prive di massa) e la materia dell'universo- asimmetria dell'antimateria
Uno di questi processi è il raro decadimento dei mesoni B neutri in una coppia di muoni e antimuoni:il cugino più pesante dell'elettrone accoppiato con la sua antiparticella corrispondente. Esistono due tipi di mesoni B neutri:Il B 0 meson è costituito da un beauty antiquark e da un down quark, mentre per i Bs meson il quark down è sostituito da uno strano quark. Se non ci sono nuove particelle che influenzano questi rari decadimenti, i ricercatori hanno previsto che solo una su 250 milioni di Bs i mesoni decadranno in una coppia muone-antimuone; per il B 0 mesone, il processo è ancora più raro, solo uno su 10 miliardi.
Gli scienziati hanno cercato una conferma sperimentale di questi decadimenti sin dagli anni '80. Solo di recente, nel 2014, è stata la prima osservazione dei Bs al decadimento dei muoni riportato in un'analisi combinata dei dati presi dalle collaborazioni LHCb e CMS, successivamente confermati dagli esperimenti ATLAS, CMS e LHCb individualmente. Tuttavia, il B 0 il decadimento sfugge ancora a qualsiasi tentativo di osservarlo.
Utilizzando i dati della run 2 di LHC, l'esperimento CMS ha rilasciato un nuovo studio sul tasso di decadimento e sulla durata dei Bs decadimento del mesone, nonché una ricerca di B 0 decadimento. Il nuovo studio, presentato alla Conferenza internazionale sulla fisica delle alte energie (ICHEP), beneficia non solo di una grande quantità di dati analizzati, ma anche di algoritmi avanzati di apprendimento automatico che individuano i rari eventi di decadimento dal travolgente sfondo di eventi prodotti da milioni di persone di collisioni di particelle al secondo.
I risultati hanno rivelato un segnale molto chiaro dei Bs mesone che decade in una coppia muone-antimuone. La precisione della misurazione del tasso di decadimento supera quella raggiunta nelle misurazioni precedenti in altri esperimenti.
Entrambi i Bs osservati il tasso di decadimento, risultato pari a 3,8 ± 0,4 parti in un miliardo, e la sua misurazione della durata di 1,8 ± 0,2 picosecondi (un picosecondo è un trilionesimo di secondo), sono molto vicini ai valori previsti dal modello standard.
Per quanto riguarda il B 0 decadimento, sebbene non sia stata trovata alcuna prova da questi risultati, i fisici possono affermare con una certezza statistica del 95% che il suo tasso di decadimento è inferiore a 1 parte su 5 miliardi.
Negli ultimi anni, sono state osservate numerose anomalie in altri rari decadimenti del mesone B, con discrepanze tra le previsioni teoriche e i dati, che indicano la potenziale esistenza di nuove particelle. Il nuovo risultato CMS è molto più vicino alle previsioni teoriche rispetto a questi altri rari decadimenti e quindi potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere la natura delle anomalie.
I rari decadimenti del mesone B continuano ad essere di grande interesse per gli scienziati. Con le Bs il decadimento da mesone a muoni, saldamente stabilito e misurato con alta precisione, gli scienziati stanno ora puntando gli occhi sull'ultimo premio:il B 0 decadimento. Con i grandi set di dati previsti da LHC Run 3, sperano di intravedere per la prima volta questo processo estremamente raro e saperne di più sulle sconcertanti anomalie. + Esplora ulteriormente
