La colaboración CMS ha explorado una física aún desconocida mediante una desintegración rara de una partícula conocida. Es como tratar de adivinar el contenido de un paquete de regalo inspeccionándolo por todos lados.
Al recibir un regalo de cumpleaños, algunas personas se apresuran a desempaquetarlo para ver qué hay dentro. Otras prefieren examinar el paquete con detenimiento, tratando de adivinar su contenido a partir de su forma, tamaño, peso o incluso el ruido que hace al ser agitado.
Representación de una colisión registrada por el detector CMS cuya firma podría indicar la desintegración de un mesón B0 en un mesón K*0 y un par de muones (representados por las líneas rojas). El mesón K*0 se desintegra luego en un mesón K+ (representado por la línea magenta) y un mesón π- (representado por la línea verde).
Imagen: CMS/CERN Los análisis realizados por los científicos sobre los conjuntos de datos obtenidos del
Gran Colisionador de Hadrones (LHC), destinados a descubrir nuevos fenómenos de física, como nuevas partículas, usualmente se basan en uno de estos dos enfoques. Buscar directamente un tipo específico de nueva partícula es como desempaquetar de inmediato su regalo de cumpleaños, mientras que adoptar una estrategia indirecta basada en las sutilezas de la mecánica cuántica se asemeja más a un estudio minucioso de su envoltorio para intentar adivinar el contenido.
En la
conferencia anual LHCP, celebrada la semana pasada en Boston, la colaboración
CMS presentó el método que ha utilizado para buscar una nueva física a través de las desintegraciones raras de una partícula llamada mesón B
0.
El proceso de física que lleva a una partícula a desintegrarse en partículas más ligeras podría estar influenciado por nuevas partículas, que aún no se han observado por ser demasiado pesadas para ser producidas en el LHC. Los cambios inducidos por estas partículas en el proceso de desintegración podrían medirse y compararse con las predicciones del
Modelo Estándar de la física de partículas. De la misma manera que es posible obtener información sobre el contenido de un paquete de regalo inspeccionándolo por todos lados, también es posible detectar indicios de una nueva física a partir de una desviación respecto a las predicciones del Modelo Estándar.
El proceso de desintegración del mesón B
0, compuesto por un quark b y un quark d, en un mesón K*
0 (compuesto por un quark s y un quark d) y un par de muones se presta particularmente bien para este enfoque. Esta desintegración pasa por una transición rara, llamada "
pingüino", altamente sensible a la influencia de nuevas partículas pesadas.
Para llevar a cabo este nuevo estudio, el equipo de CMS se basó en el conjunto de datos recolectados por el detector entre 2016 y 2018, durante el segundo período de explotación del LHC, para inspeccionar el "paquete" de productos de desintegración del B
0. Este "paquete" permite acercarse a una nueva física de diferentes maneras. Primero pesando el paquete, es decir, midiendo la frecuencia con la que ocurre esta desintegración. También se pueden tomar dos paquetes gemelos, por ejemplo, uno correspondiente a una desintegración en un par de muones y otro correspondiente a una desintegración en un par de electrones, y verificar si tienen la misma masa.
Para su nuevo estudio, los científicos de CMS se centraron en la forma del paquete, examinando la distribución de la energía del mesón B
0 original entre las partículas resultantes de la desintegración y midiendo los ángulos de los productos de desintegración. Luego, el equipo determinó un conjunto de parámetros a partir de estas energías y ángulos, antes de comparar los resultados con dos conjuntos de predicciones del Modelo Estándar.
Para la mayoría de los parámetros, los resultados coinciden con estos dos conjuntos de predicciones. Sin embargo, para los parámetros llamados P'
5 y P
2, así como para algunas energías de los dos muones, los resultados muestran una tensión con las predicciones. En general, los nuevos resultados de CMS coinciden con los resultados previos de los experimentos ATLAS, LHCb y Belle, e incluso mejoran su precisión.
Por desgracia, un travieso pingüino, por otra parte encantador, ha venido a arruinar la fiesta. La presencia de un quark c en esta rara transición llamada "pingüino" contradice las predicciones del Modelo Estándar y dificulta cualquier conclusión. Para avanzar en esta cuestión, los científicos ahora cuentan con mejores predicciones, un mayor número de datos y la mejora de las técnicas de análisis.
Más información en el sitio web de CMS.
Fuente: CERN