Nuevo rumor sobre la anomalía B°→K*°μμ en LHCb

Dibujo20150319 Fit CNP7 to CNP9 using B to Kmumu observables - arxiv org

Nuevo rumor en física de partículas. El análisis que publicará mañana en la conferencia Moriond la colaboración LHCb confirma, tras analizar 3 /fb de colisiones, la anomalía observada a 3,7 sigmas en la distribución angular de los cuatro productos de la desintegración B0 → K*0 μ+μ, donde K*0(892) → K+π, tras analizar 1 /fb de colisiones. Ha lanzado este rumor en Twitter el físico Adam Falkowski, aka Jester (@Resonaances), autor del blog Résonaances, gran aficionado a la rumorología.

Muchos físicos interpretan esta anomalía como la primera señal firme de la existencia de física más allá del modelo estándar en la escala electrodébil. Por ahora debemos ser cautos. Te preguntarás, ¿qué nueva física explica dicha anomalía? Hay varias posibilidades, destacando los modelos 331 basados en las simetrías SU(3)C×SU(3)L×U(1)X; también hay modelos supersimétricos.

Por supuesto, saldremos de dudas sobre el rumor mañana viernes 20M (más conocido como el día del eclipse) a las 08:30 en la charla de Christoph Langenbruch (Univ. Warwick), “Latest results on rare decays from LHCb,” 50th Rencontres de Moriond EW 2015, La Thuile, Italia [slides ASAP]; las implicaciones teóricas respecto al modelo estándar nos las contará Joaquim Matias (Univ. Autónoma Barcelona), “B to K(*)mu+mu-: theory interpretation,” 50th R. Moriond EW 2015 [slides ASAP]. Recuerda que ASAP significa “as soon as possible” (pondré el enlace cuando estén disponibles las transparencias).

El artículo que descubrió la anomalía es LHCb Collaboration, “Measurement of form-factor independent observables in the decay B0→K∗0μ+μ−,” Phys. Rev. Lett. 111: 191801, 2013, doi: 10.1103/PhysRevLett.111.191801, arXiv:1308.1707 [hep-ex]. En el blog de Jester puedes leer “On the latest anomaly in LHCb,” Résonaances, 26 Aug 2013; y “Persistent trouble with bees,” Résonaances, 25 Feb 2015.

Dibujo20150319 lhcb b to kmumu anomaly - p4 - lhc cern

El bosón pseudoescalar B0 está formado por una pareja quark-antiquark de tipo down-antibottom (anti-b–d). El mesón vectorial K*0(892) está formado por una pareja de quark-antiquark de tipo down-antistrange (anti-s–d). Si se confirma la anomalía, la explicación más sencilla es que hay una partícula que produce el par muón-antimuón (μμ+) que media entre el los quarks anti-b y anti-s. Por supuesto, también se observa la desintegración asociada en la que todas las partículas se cambian por sus correspondientes antipartículas (omito los detalles).

Dibujo20150319 b to k mu mu - angle description - jester resonaances

La desintegración B → K*μμ (omito superíndices para abreviar) es bastante rara; un mesón B se desintegra de esta manera una vez cada diez millones. Esta desintegración ha sido estudiada en los detectores de diferentes colisionadores (DZero y CDF en el Tevatrón, y ATLAS y CMS en el LHC) sin que se observara ninguna anomalía. Sin embargo, LHCb ha realizado un análisis de los tres ángulos de emisión entre las cuatro partículas producidas (recuerda μ+ μ K+ π). Este tipo de análisis que permite LHCb no es nada fácil de realizar en otros detectores, por ello la anomalía ha sido observada en LHCb y no en los demás.

Dibujo20150319 lhcb b to kmumu anomaly - p5 - lhc cern

LHCb tras analizar 1 /fb de colisiones observó la anomalía respecto a la predicción del modelo estándar a 3,7 sigmas (en esta figura los datos en el rango 4,3≤ q² ≤ 8,7 GeV²). Sin embargo, si se tiene en cuenta el efecto LEE (look-elsewhere effect) la significación se reduce a 2,5 sigmas (o incluso menos). Por ello muchos teóricos esperan que LHCb confirme la anomalía con más de 5 sigmas (sin LEE) tras analizar 3 /fb de colisiones, de tal forma que incluso teniendo en cuenta el LEE la señal apunte a nueva física. Ya veremos qué pasa mañana viernes.

Dibujo20150319 tree-level z-prime explanation of lhcb anomaly - arxiv org

¿Qué puede dar lugar a esta anomalía? La existencia de una partícula intermedia que sea responsable de la producción del par muón-antimuón. Hay cientos de alternativas. Una posibilidad bastante atractiva es un bosón vectorial Z’ con una masa de unos 2 TeV (y que por tanto ha escapado a su búsqueda en CMS y ATLAS hasta el momento); más detalles en Rhorry Gauld, Florian Goertz, Ulrich Haisch, “An explicit Z’-boson explanation of the B->K*mu+mu- anomaly,” JHEP 1401: 069, 2014, doi: 10.1007/JHEP01(2014)069, arXiv:1310.1082 [hep-ph]. Pero hay tantas alternativas que decantarse por una ahora mismo es muy aventurado.

El lagrangiano del modelo estándar sólo incluye operadores con dos fermiones. Se espera que todo modelo de física más allá del modelo estándar se pueda aproximar por una teoría efectiva que añada a éste operadores con cuatro o con seis fermiones. Hay muchísimos modelos con cuatro fermiones que explican la desintegración anómala de bosones B observada por LHCb. Sin más datos es imposible decantarse por ninguno.

En resumen, mañana sabremos algo más, pero lo que no debemos olvidar es que la nueva física se nos mostrará en pequeñas anomalías que irán creciendo poco a poco. Pequeñas señales que apuntarán a no se sabe muy bien qué, pero que serán el primer indicio de algo más. Nadie debe esperar que la nueva física entre como un elefante arrasando en una cacharrería.


7 Comentarios

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planck

¡Increíble! Demasiado bonito para ser verdad. De todas formas mañana saldremos de dudas. Una de las “pegas” que pone Jester es que las incertidumbres en la estimación del SM son grandes y podrían reducir el número de sigmas de la desviación. Si este rumor se confirma esto tiene muy buena pinta… ¿Nueva física por fin?

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Tiene muy buen aspecto este rumor ¿Acaso una Z prima?.
Ya estoy ansioso por que sea mañana.

Joaquim MatiasJoaquim Matias

Seria interesante que añadieras un link a la noticia de la confirmacion de la anomalia de P5′ en Belle. Debo decir que quede gratamente sorprendido cuando vi el acuerdo magnifico entre Belle y LHCb en P5′ y tambien en P4′ (donde no se observa desviacion). La coherencia es magnifica. Pronto aparecera un articulo donde discutiremos las incertidumbres hadronicas en pleno detalle desmontando pieza a pieza los errores de otros trabajos en la literatura que obtenian errores mayores debido a calculos conceptualmente equivocados.

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