La collaborazione LHCb ha recentemente riportato su arXiv server di prestampa la prima osservazione del decadimento del Bc + mesone (composto da due quark pesanti, b e c) in uno stato legato di quark J/ψ charm-anticharm e una coppia di pioni, π + π 0 . Il processo di decadimento mostra il contributo di una particella intermedia, una ρ + mesone che si forma per un breve istante e poi decade nel π + π 0 coppia.
Il Bc + è il mesone più pesante che può decadere solo attraverso le interazioni deboli, tramite il decadimento di un quark costituente pesante. Bc + decade in un numero dispari di adroni leggeri e un J/ψ (o altri stati legati ai quark charm-anticharm, chiamati "charmonia") sono stati studiati intensamente e si è scoperto che sono in notevole accordo con le aspettative teoriche.
Il decadimento di Bc + in un J/ψ e un π + π 0 coppia è il decadimento più semplice in charmonio e un numero pari di adroni leggeri. Non è mai stato osservato prima, principalmente perché la ricostruzione precisa del π 0 a bassa energia mesone attraverso il suo decadimento in una coppia di fotoni è molto impegnativo in un ambiente di collisione protone-protone dell'LHC.
Una misura precisa del Bc + →J/ψπ + π 0 decadimento consentirà una migliore comprensione del suo possibile contributo come fonte di fondo per lo studio di altri decadimenti di Bc mesoni e rari decadimenti di B 0 mesoni. Dal punto di vista teorico, decadimenti di Bc in J/ψ e un numero pari di pioni sono strettamente correlati ai decadimenti del leptone τ in un numero pari di pioni, e alla e + e – annichilazione in un numero pari di pioni.
Misurazioni precise di e + e – annichilazione in due pioni nella regione di massa ρ (come nel Bc decadimento discusso qui) sono cruciali per l'interpretazione dei risultati dell'esperimento Fermilab g-2 che misura il momento di dipolo magnetico anomalo del muone, poiché e + a bassa energia e – l'annichilazione negli adroni è un'importante fonte di incertezza nelle misurazioni g-2.
Il rapporto tra la probabilità del nuovo decadimento e quella del decadimento di Bc + in J/ψπ + è stato calcolato da vari teorici negli ultimi 30 anni. Ora queste previsioni possono finalmente essere confrontate con una misurazione sperimentale:la maggior parte delle previsioni concorda con il nuovo risultato ottenuto da LHCb (2,80±0,15±0,11±0,16).
Il gran numero di quark b prodotti nelle collisioni di LHC e l'eccellente rivelatore consentono a LHCb di studiare la produzione, i decadimenti e altre proprietà del Bc + mesone in dettaglio. Dalla scoperta del mesone da parte dell'esperimento CDF al collisore Tevatron, 18 nuovi Bc + sono stati osservati decadimenti (con più di cinque deviazioni standard), tutti tramite LHCb.
Ulteriori informazioni: Osservazione del Bc + a J/ψπ + π 0 decadimento, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.05523
Informazioni sul giornale: arXiv
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