LHCb confirma con bariones la discrepancia a 3,5 sigmas entre medidas inclusivas y exclusivas de |Vub|

Dibujo20150728 experimental constraints on the left-handed couplings - Vub - lhcb - lhc - cern - nphys3415-f4

En el modelo estándar de la física de partículas el acoplo entre el quark b (bottom) y los quarks u (up) y c (charm), dados por los valores |Vub| y |Vcb| de la matriz CKM, vienen dados por el acoplo entre los quarks y el bosón de Higgs. El detector LHCb del LHC (CERN) acaba de publicar la primera medida (exclusiva) del valor de |Vub| usando bariones (desintegración del barión Λb0), en lugar de mesones B (tanto medidas exclusivas como inclusivas). El nuevo resultado es consistente con las medidas exclusivas, confirmando la diferencia con las medidas inclusivas.

La diferencia entre desintegraciones exclusivas e inclusivas es la siguiente. Si se miden la energía y momento de todos los productos de la desintegración de una partícula se habla de medida exclusiva. Cuando sólo se miden algunos productos de la desintegración (por ejemplo, se desprecian los productos neutros porque son difíciles de medir con precisión) se habla de medidas inclusivas. A priori, el análisis exclusivo es más complicado y está sujeto a mayores errores estadísticos y sistemáticos. Pero como muestra la figura hay una tensión entre las medidas usando desintegraciones exclusivas (banda de color azul) e inclusivas (banda de color rojo) de unas 3 sigmas. El nuevo resultado para bariones (banda de color verde) se ajusta mejor al valor de las medidas exclusivas (futuros estudios deberán explicar la discrepancia con las medidas inclusivas).

El nuevo artículo es The LHCb collaboration, “Determination of the quark coupling strength |Vub| using baryonic decays,” Nature Physics, AOP 27 Jul 2015, doi: 10.1038/nphys3415, arXiv:1504.01568 [hep-ex].

[PS] Sobre la diferencia entre desintegraciones inclusivas y exclusivas recomiendo (gracias a César @EDocet) “What’s the difference between inclusive and exclusive decays?,” Physics Stack Exchange, 22 Nov 2010.

Dibujo20150728 ckm matrix - wikipedia commons

En el modelo estándar la desintegración de un quark de un tipo en un quark de otro tipo mediante la interacción débil (la emisión de un bosón W) está descrita por la matriz unitaria 3×3 de Cabibbo–Kobayashi–Maskawa (CKM). El origen de esta matriz es el acoplo entre el campo de los quarks y el campo de Higgs. El modelo estándar no predice el valor de estos acoplos, que son parámetros libres que han de ser determinados mediante medidas experimentales. La medida de estos parámetros por diferentes métodos tiene que dar el mismo resultado. Si se observaran diferencias sería una señal clara de la existencia de física más allá del modelo estándar. Por ello, la medida con gran precisión de estos parámetros es de capital importancia.

Dibujo20150728 lambda baryon decays in lhcb - lhc - cern org - nature physics

La medida exclusiva de Vub usando desintegraciones semileptónicas de mesones B (cuando un quark b se desintegra con un quark u junto a un leptón cargado y un antineutrino) conduce al valor combinado (BaBar, Belle y otros experimentos) de |Vub| = (3,28 ± 0,29) × 10−3. Un método alternativo es el uso de medidas inclusivas, que conduce a |Vub| = (4,41 ± 0,15) × 10−3. La discrepancia entre medidas exclusivas e inclusivas ronda las tres sigmas (una diferencia similar también se observa para el parámetro |Vcb| que describe el acoplo entre el quark b y el quark c).

El nuevo artículo de LHCb considera medidas exclusivas de las desintegraciones semileptónicas del barión Λb0 (bud), tanto en un protón (uud), un leptón cargado y un antineutrino, como en un barión Λc+ (cud), un leptón cargado y un antineutrino. El detector LHCb ha analizado 2,0 /fb de colisiones protón contra protón a 8 TeV c.m.

Sin entrar en más detalles técnicos, sólo quiero decir que se trata de un resultado importante. Siendo consistente con las medidas exclusivas previas, difiere de las inclusivas en 3,5 sigmas. Esta gran diferencia puede tener un error sistemáticos (se ha subestimado el error en el análisis teórico de las desintegraciones inclusivas), o podría ser una pista hacia física más allá del modelo estándar. Esto último es lo que todos deseamos, pero ya se sabe que la ciencia no se construye a base de deseos.


3 Comentarios

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notengoniideanotengoniidea

Hombre, si tú mismo dices que las medidas exclusivas están sujetas a mayor error en su cálculo…
Esto de andar jugando con parámetros libres y comparándolos con otros parámetros libres, en fin, supongo que es lo que hay y que es un trabajo de chinos pero a mí me desanima de solo pensarlo.
La gente que se dedica a esto se merece un monumento, ojalá en esta nueva tanda del LHC se desvelen muchos misterios…, y aparezcan algunos más.

jfcejfce

No es la primera vez que veo en la entradas de este blog la palabra acoplo como traducción de coupling en Inglés. Normalmente en los libros de Química Física y libros de Espectroscopia en castellano se traduce por acoplamiento. Así hablamos de acoplamiento espín-órbita, acoplamiento espín-espín, acoplamientos de Hund, etc.. Me pregunto que es más correcto: acoplo o acoplamiento. ¿O los dos términos son igualmente válidos?.

Francisco R. Villatoro

JFCE, en español es más correcto “acoplamiento” (acción de acoplar), pero en física de partículas la mayoría de los físicos usan “acoplo” a secas. Como ya sabes el lenguaje es algo vivo (de hecho, la RAE ya acepta “almóndiga”, “güisqui” y “guifi”, entre otros términos curiosos, por su uso).

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