Crece la anomalía en mesones B de LHCb tras Moriond EW 2017

Por Francisco R. Villatoro, el 2 abril, 2017. Categoría(s): Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 8

Dibujo20170329 two-dimensional constraints wilson coefficients c9 and c10 arxiv 1703 09189

Tras un gran año del LHC Run 2, las conferencias Moriond 2017 (EW, VHEP, QCD, Grav) nos han dejado pocas noticias reseñables. La supersimetría no aparece y el modelo estándar sigue robusto. Sin embargo, las anomalías en los mesones B observadas por LHCb siguen creciendo. Al combinar LHCb, ATLAS y CMS la anomalía en C9 = −1,21 ± 0,22 alcanza 4,9 sigmas, en C10 = +0,69 ± 0,25 unas 2,9 sigmas y en la combinación C9 + C10 = −0,62 ± 0,14 unas 4,2 sigmas. Estas anomalías se observan en las desintegraciones con muones, pero no con electrones. ¿Se oculta nueva física en estas anomalías? ¿Falla la llamada universalidad leptónica (la contribución de diferentes sabores a un proceso es diferente).

Los quarks bottom de los mesones B se pueden desintegrar en un quark extraño y una pareja de muones (b→s+μ+, que se observa mediante B→Kµ+µ). Se pueden añadir términos de nueva física al modelo estándar para obtener un modelo efectivo más allá. Hay cuatro parámetros de Wilson C9, C9′, C10 y C10′ asociados a estos términos. El modelo estándar predice un valor concreto para ellos. Los indicios de nueva física se observan si la estimación experimental de estos parámetros difiere de dicho valor.

El artículo es W. Altmannshofer, C. Niehoff, …, D. M. Straub, «Status of the B→Kµ+µ anomaly after Moriond 2017,» arXiv:1703.09189 [hep-ph]. Más información divulgativa en Luboš Motl, «B-meson b-s-μ-μ anomaly remains at 4.9 sigma after Moriond,» TRF, 28 Mar 2017. Más sobre estas anomalías en este blog.

Dibujo20170329 Predictions for lepton flavour universality ratios and differences coefficients c9 and c10 arxiv 1703 09189

Los parámetros que muestran estas anomalías se calculan añadiendo un término de nueva física (NP) al modelo estándar. Sin entrar en los detalles técnicos, hay que destacar que estos coeficientes, llamados de Wilson, dependen de la distribución angular de los productos de desintegración y su estimación precisa en LHCb es complicada. Quizás efectos QCD sutiles no considerados en la predicción teórica combinados con una fluctuación estadística en el mismo sentido son los responsables últimos de esta anomalía. Quizás incluso haya cierto sesgo de confirmación en el análisis de estos datos.

Dibujo20170329 Best-fit values and pulls in sigma SM point arxiv 1703 09189

En cualquier caso, lo importante es que estas anomalías se observan en un modelo efectivo ad hoc. No tenemos explicaciones teóricas naturales para estas anomalías. [PS: como nos aclara Avelino Vicente en los comentarios, todo depende de la definición de natural. Se pueden explicar estas anomalías de forma sencilla usando leptoquarks o bosones Z-prima. Me permito aportar de mi cosecha que estas teorías predicen otros observables que no han sido observados, luego ajustarlas para explicar la nueva anomalía evitando la ausencia de las otras requiere ajustes finos que considero poco naturales].

La primera señal de nueva física podría ser así. Una serie de anomalías de difícil explicación que acabarán siendo acomodadas conforme su confianza estadística vaya creciendo. El camino más allá del modelo estándar no será un camino de rosas. Pero recorrerlo promete ser fascinante.

Dibujo20170424 B meson Zprime decay science sciencemag org 356 6335 229

[PS 24 Abr 2017] La explicación más sencilla a la anomalía observada es la existencia de una nueva simetría gauge tipo U(1) en el modelo estándar, cuyo bosón gauge tiene masa, un bosón vectorial Z-prima. Esta figura que ilustra la idea está extraída de Adrian Cho, «In familiar decays, a whiff of new physics,» Science 356: 229-230 (21 Apr 2017), doi: 10.1126/science.356.6335.229.



8 Comentarios

  1. Gracias por tu excelente blog. Solamente quería aportar un par de comentarios críticos:
    1) «¿Falla la conservación del sabor leptónico? » En realidad lo que estaría fallando es la universidad leptónica, no la conservación del sabor. Ninguno de los procesos observados viola sabor, aunque sí parecen contribuciones diferentes para procesos con diferentes sabores.
    2) «No tenemos explicaciones teóricas naturales para estas anomalías.» Eso depende de tu definición de «natural». Se ha mostrado en numerosos trabajos que es posible explicar estas anomalías de forma sencilla introduciendo leptoquarks o bosones Z’.

  2. Muy interesante, a veces la física parece una serie de tv de esas de crímenes misteriosos en la que los detectives deben armar el rompecabezas de pistas para arrojar luz sobre la resolución del caso. Esperemos el próximo gran capítulo!!!

  3. Buenos dias Sr. Francisco.

    No soy un fisico y me gustaria saber un poco mas sobre esto ya que tal idea me aterre un poco… Me gustaria saber el porque los fisicos como usted no se sienten con miedo a que esto ocurriese…

    Tengo un par de preguntas sobre la «meta-estabilidad» del vacio (false vacuum).

    ¿Por que se creía (o cree) que tal evento podria ser generado por un colisionador de particulas?
    ¿Existe la posibilidad de que algun colisionador de particulas lo iniciase o es solo una idea tonta?
    ¿Existe la posibilidad de que suceda en el tiempo de vida de la Tierra antes de que el Sol explote? (con o sin colisionador)

    1. Luisachi, nadie cree que la inestabilidad del vacío se pueda producir en un colisionador de partículas (si alguien lo cree es que no sabe física); ahora bien, el estudio del campo de Higgs en colisionadores permite estudiar sus propiedades y ha permitido llegar a la conclusión de que es metaestable. Como bien dices, que un colisionador lo induzca es «una idea tonta». Por otro lado, ignoramos muchos detalles (los estamos estudiando) y no podemos descartar que lo que parece que ocurrirá en unas decenas de miles de millones de años pueda ocurrir en unos miles de millones de años («en el tiempo de vida de la Tierra»); con el conocimiento actual es altamente improbable, pero necesitamos saber más sobre el campo de Higgs (necesitamos una fábrica de Higgs, un colisionador que produzca ingentes cantidades de Higgs, como los futuros CLIC o ILC, ahora mismo en proceso de diseño).

      1. Wow… Es sorprendente para mi ver como hablan sobre este tipo de temas «sin pelos en la lengua»… Con solo pensar que eso podría matarnos en un parpadeo y que pudiese ocurrir en cualquier momento me aterra… Pero como usted dice, espero y suceda en miles de millones de años o encontrar nueva fisica en partículas que practicamente deseche esta teoria.

        Gracias por su respuesta Sr. Francisco!

      2. Por cierto, Luisachi, te recomiendo leer a Sabine Hossenfelder, «What are the chances of the universe ending out of nowhere due to vacuum decay?» Backreaction, 07 Jun 2017; hoy no podemos estimar ningún número con una base firme, pero Bee nos propone que la vida media del vacío metaestable del campo de Higgs es de unos 10^600 veces la edad del universo (mucho más de billones de … billones de … billones de años).

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Por Francisco R. Villatoro, publicado el 2 abril, 2017
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