La violación del sabor en los leptones cargados

Dibujo20141225 charged lepton flavor violation - fcnc lepton sector

En el modelo estándar la desintegración de un muón en un electrón es un proceso muy improbable. Tanto que está más allá de lo que podremos comprobar mediante experimentos durante el siglo XXI. Sin embargo, muchos modelos teóricos de física más allá del modelo estándar predicen que esta desintegración se debería dar en la región que podemos explorar mediante experimentos. Por ello hay muchos experimentos en curso tratando de observarla (“matando moscas a cañonazos”).

La predicción teórica es B(μ) ∼ O(10–54), cuando el mejor límite experimental es B(μ→eγ) < 5,7 × 10–13. Cuarenta órdenes de magnitud es una barrera insalvable. Nos lo cuenta Yoshitaka Kuno (Univ. Osaka, Japón), “Overview of Charged Lepton Flavor Violation,” 3rd Workshop on muon g-2, EDM, Flavor Violation in the LHC Era, LPNHE, Paris, Dec 9th, 2014 [Slides PDF]. Más información en Robert H. Bernstein, Peter S. Cooper, “Charged Lepton Flavor Violation: An Experimenter’s Guide,” Physics Reports 532: 27-64, Nov 2013arXiv:1307.5787 [hep-ex].

Dibujo20141225 history charged lepton flavor violation - phys rep

Los primeros estudios experimentales fueron realizados por Bruno Pontecorvo en 1947. Desde entonces hemos avanzado unos doce órdenes de magnitud. Aún así, aún estamos muy lejos.

Dibujo20141225 current limits - near future - charged lepton flavor violation - phys rep

Muy interesantes son los experimentos Mu2e (Fermilab, EEUU), COMET (KEK, Japón) y MEG (KEK, Japón). Te remito a sus webs si quieres más información sobre cómo funcionan.

Quizás te preguntes si la violación del sabor en leptones cargados (CLFV) también se puede estudiar en el LHC del CERN. Pues sí, se puede, gracias a la desintegración Z, pero los límites que se obtienen son pobres comparados con los de experimentos específicos. Por ejemplo, ATLAS publicó BR(Z→eµ) < 7,5 × 10−7 al 95% C.L. en ATLAS Collaboration, “Search for the lepton flavor violating decay Z→eμ in pp collisions at s√ = 8 TeV with the ATLAS detector,” Phys. Rev. D 90: 072010, 2014arXiv:1408.5774 [hep-ex]. Más información en Sacha Davidson, “Lepton Flavour Violation @ LHC?,” 3rd Workshop on muon g-2, EDM, Flavor Violation in the LHC Era, LPNHE, Paris, Dec 11th, 2014 [Slides PDF].

También se puede buscar la CLFV en el LHC gracias a la física del bosón de Higgs, vía la desintegración h → τµ, o h→. Por supuesto, el límite es aún muy pobre. Según CMS se obtiene BR(h → τµ) ≤ 1,57 × 10−2 al 95% C.L.; más información en CMS Collaboration, “Search for Lepton Flavour Violating Decays of the Higgs Boson,” CMS-PAS-HIG-14-005, Jul 2014 [CDS, PDF].

Por cierto, estos resultados de CMS sobre el Higgs fueron interpretados por algunos como un primer indicio de física más allá del modelo estándar, pero casi seguro que se trata de una fluctuación estadística. Nos lo contó, por ejemplo, Tommaso Dorigo, “Does The Higgs Violate Lepton Flavour Number? A CMS Result Tickles Wild Fantasies,” AQDS, 06 Jul 2014.

Más información sobre la CLFV en las charlas del 3rd Workshop on Muon g-2, EDM and Flavour Violation in the LHC Era, 9-12 Décembre 2014, LPNHE, Paris. Programa con PDF slides.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 25 diciembre, 2014
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