Nuevo resultado de LHCb sobre la desintegración Bs→μμ

Un mesón Bs está formado por un quark extraño (s) y un antiquark belleza o fondo (b), tiene una masa en reposo de 5.366,3 ± 0,6 GeV/c² y una vida media de solo 1,47 ps (billonésimas de segundo). La desintegración del mesón Bs en un par muón-antimuón es muy rara (poco probable); según el modelo estándar ocurre con probabilidad (3,54 ± 0,30) × 10-9. Muchos modelos de física más allá del modelo estándar (como la supersimetría) predicen un incremento o un decremento en esta probabilidad. El experimento LHCb publica hoy la mejor medida de este valor, (3,2 ± 1,5) × 10-9, en completo acuerdo con el modelo estándar, aunque solo ha alcanzado 3,5 sigmas o desviaciones estándares. Este resultado se ha obtenido tras combinar 1,0 /fb de colisiones a 7 TeV c.m. de 2011 y 1,1 /fb de colisiones a 8 TeV c.m. de 2012 (solo con estas últimas se obtienen 3,3 sigmas). Por tanto, una de las grandes noticias en física de partículas de 2013, tras analizar todas las colisiones de 2012, será alcanzar las 5 sigmas en la desintegración Bs→μμ. Este nuevo resultado de LHCb es importante porque en el verano de 2011 (EPS-HEP11) se publicó que CDF (Tevatrón) había observado un valor 5,6 veces mayor que la predicción del modelo estándar (que hizo soñar a unos pocos con la primera prueba de la supersimetría); sin embargo, ya entonces LHCb refutaba este resultado descartando un valor mayor de 3,7 veces la predicción del modelo estándar. Podemos afirmar con seguridad que el nuevo resultado publicado hoy mismo refuta de forma definitiva la desviación observada por CDF. El nuevo resultado lo ha presentado Johannes Albrecht (LHCb Collab.), “New results on the search for B(s)->mu+mu- from LHCb,” HCP2012, Kyoto, 12 Nov 2012. El artículo técnico con los detalles aparecerá en ArXiv mañana (LHCb collaboration,” First evidence of the Bs → µ+µ− decay,” LHCb-PAPER-2012-043, arXiv:1211.2674, Nov 12, 2012, submitted to arXiv & PRL). Mucha gente se ha hecho eco de este gran resultado en twitter y en blogs, como Matt Strassler, “First News from Kyoto Conference,” Of Particular Significance, Nov. 12, 2012.

El nuevo resultado de LHCb confirma la estistencia del modo de desintegración Bs→μμ, aunque todavía no ha alcanzado las 5 sigmas. El gran problema para confirmar esta desintegración es separar la señal del ruido de fondo, desintegraciones en la que aparecen dos muones pero que provienen de la desintegración de dos partículas diferentes y no de la misma partícula.

El diseño de LHCb, con un resolución angular muy pequeña, permite diferenciar entre ambos tipos de colisiones con gran éxito, por lo que en el estudio de este tipo de desintegraciones raras de mesones B no tiene rival. Figuras que en esta figura se observa una reconstrucción de la traza del mesón B con una longitud de solo unos 15 mm, cuando los calorímetros para muones se encuentran a 15 m de distancia. Para valorar mejor la gran ventaja de LHCb, basta comparar sus resultados con los obtenidos por ATLAS, CMS, CDF y DZero en la transparencias de la charla de V.Chiochia (Zürich University), “Studies of rare B decays,” HCP 2012, 12 Nov 2012.

Esta figura muestra uno de los eventos tipo Bs→μμ más claros observados en los datos de colisiones de 2012. Quienes no conocen la geometría del experimento LHCb quizás se extrañen un poco al ver este evento. Permíteme un breve recordatorio.

El detector LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) está diseñado para estudiar la violación de la simetría CP (la asimetría materia-antimateria del universo) y ciertas desintegraciones raras de los mesones B (formados por quarks b o bottom). La geometría de LHCb es curiosa por su asimetría, que aprovecha que los pares de mesones B que se producen en la hadronización de los quarks b tienen como dirección preferida la de los haces de protones en colisionan. El gran imán que aparece en azul en la figura garantiza que la cobertura angular de LHCb sea muy pequeña, menor de 0,3 radianes. La trayectoria de las partículas resultado de la desintegración de los mesones B se observa mediante el detector de vértices VELO (VErtex LOcator), amarillo en la figura cerca del punto de colisión; se trata de 48 tiras de silicio con 44 mm de radio y colocados de forma cilíndrica. Los imanes que coliman las partículas se encuentra entre dos detectores de Cherenkov, RICH1 y RICH2 (Ring Imaging Cherenkov detector), que permiten identificar las partículas que los atraviesan con momentos entre 2 y 100 GeV/c. Luego aparecen los calorímetros electromagnético (ECAL), para detectar fotones y electrones, y hadrónico (HCAL), para detectar hadrones (partículas formadas por quarks). Finalmente , se encuentran los detectores de centelleo para muones, de M1 a M5, formados por capas hierro (como material radiante) y un material centelleante.

Este año LHCb acumulará unos 2 /fb de colisiones, bastante más de lo esperado, ya que está funcionando con una luminosidad (básicamente, número de colisiones por segundo) mayor de la prevista en su diseño. La resolución de LHCb en el momento de las partículas es muy buena, con errores del 0,4% para partículas con 5 GeV/c, hasta errores de solo el 0,6 % para las de 100 GeV/c. Aún así, su mayor limitación es la frecuencia de disparo para almacenar colisiones en disco, que está limitada a 1 MHz (en la práctica a ~950 kHz) en el trigger L0; en 2018 está prevista sustituirlo por uno nuevo que alcance los 40 MHz (también se harán mejoras en los detectores). Más información en Oliver Callot (Orsay), “LHCb detector status (+ upgrade),” HCP 2012, 12 Nov 2012.

Hoy también se han presentado nuevos resultados sobre la asimetría CP en mesones B utilizando ATLAS, CMS, LHCb, CDF y DZero (Mark Williams (Indiana Univ.), “CP Violation Studies in B Mesons,” HCP 2012, 12 Nov 2012). Los resultados son consistentes entre todos los experimentos y con el modelo estándar. Las desviaciones que ha bían sido observadas por DZero, pero no por CDF, quedan ahora en el olvido gracias a LHC que está fusilando una a una todas las esperanzas de nueva física que había sugerido el Tevatrón. El modelo estándar vuelve a salir reforzado gracias al LHC.

PS: Mañana martes, 13 de noviembre, a las 11:00 AM, seminario en el LHC a cargo de Matteo Palutan, “New results in the search for B(s)0->mu+mu- from LHCb,” CERN webcast. “The rare decays Bs0→μ+μ− and B0→μ+μ− are highly suppressed in the Standard Model and are sensitive to possible contributions from as-yet undiscovered particles. We present the latest results from LHCb in the search for these decays, including in the analysis 1.1 fb-1 of pp collision data accumulated at sqrt(s) = 8 TeV during 2012.” Enlace directo al webcast (úsalo a partir de mañana a las 11:00).

Webcast Please note that this event will be available live via the Webcast Service.

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>