Els experiments CMS i LHCb confirmen una nova desintegració de partícules amb alta precisió
La revista Nature publica avui un article dels consorcis que treballen en els experiments CMS i LHCb del gran col·lisionador dʼhadrons (LHC), en què participa un equip de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB). L'estudi descriu la primera observació dʼuna desintegració molt inusual de les partícules anomenades mesons B neutres (B0s) en dos muons (µ), similars als electrons però més pesants. Aquest procés subatòmic és molt infreqüent: segons prediu el model estàndard de la física de partícules, passa unes quatre vegades cada mil milions de desintegracions, i no s'havia vist fins ara.
La revista Nature publica avui un article dels consorcis que treballen en els experiments CMS i LHCb del gran col·lisionador dʼhadrons (LHC), en què participa un equip de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB). L'estudi descriu la primera observació dʼuna desintegració molt inusual de les partícules anomenades mesons B neutres (B0s) en dos muons (µ), similars als electrons però més pesants. Aquest procés subatòmic és molt infreqüent: segons prediu el model estàndard de la física de partícules, passa unes quatre vegades cada mil milions de desintegracions, i no s'havia vist fins ara.
Lʼanàlisi es basa en dades preses a lʼLHC el 2011 i el 2012, període d'experimentació en què va participar el grup de lʼICCUB, concretament en el disseny i la implementació de dues línies del sistema de filtre de dades (trigger) per seleccionar en cada col·lisió protó-protó de l'experiment LHCb els successos que podrien correspondre a una parella de muons. A més, l'equip de l'ICCUB va participar en la definició dels fenòmens físics utilitzats per distingir el senyal buscat per a aquesta desintegració de fons, així com en la definició dels anomenats canals de control que mesuren els ritmes en els quals passa aquest procés.
Segons Eugeni Graugés, membre de lʼICCUB i investigador principal del grup de la UB que treballa en l'LHCb, «des del punt de vista experimental, aquest resultat té un gran impacte: delimita moltes de les possibles ampliacions del model estàndard actual que descriu la física de partícules elementals, atès que allunya la seva possible validació experimental a un règim dʼenergia molt per sobre del que s'ha explorat fins avui en dia amb els acceleradors de partícules».
«Des del punt de vista teòric, el nostre coneixement actual de lʼUnivers està basat en dos pilars: el model estàndard de partícules i el model cosmològic, tots dos àmpliament estudiats a lʼICCUB», explica el seu actual director i també membre de lʼexperiment LHCb, Lluís Garrido. «No obstant això, lʼactual model de partícules no explica el sector de matèria i energia fosca del model cosmològic actual, i per aquesta raó sʼestan proposant diverses ampliacions dʼaquest model», afegeix lʼinvestigador. «Les mesures obtingudes en lʼexperiment LHCb imposen un filtre molt important per a aquests possibles models nous, ja que han de ser compatibles amb aquest important resultat», conclou Garrido.
Desintegració poc freqüent
Les partícules B0s i B0 són mesons, un tipus de partícules subatòmiques inestables i no elementals compostes per un quark i la seva antipartícula, l'antiquark, units per la força forta, una de les quatre forces fonamentals. Aquest tipus de partícules solament es produeix en les col·lisions dʼalta energia dels acceleradors de partícules, o a la natura, mitjançant interaccions de rajos còsmics.
Els dos consorcis van presentar els seus primers resultats individuals sobre la desintegració dels mesons B0s el juliol del 2013. Encara que els resultats d'un i altre coincidien perfectament, cap dels dos no arribava a la precisió estadística requerida històricament per proclamar una observació, que és de 5 sigmes. Lʼanàlisi combinada supera fàcilment aquest requisit, ja que aconsegueix 6,2 sigmes. Aquesta és la primera vegada que els experiments CMS i LHCb analitzen les seves dades conjuntament.
Aquest resultat és un gran avenç en una recerca que s'ha dut a terme en molts experiments durant gairebé tres dècades, i té importants implicacions en la recerca de noves partícules i fenòmens més enllà del model estàndard, quan el programa de física de l'LHC es reiniciï d'aquí a unes setmanes.
En lʼLHCb hi treballen més de set-cents científics de seixanta-nou centres de recerca de disset països. A més de lʼequip de lʼICCUB, a Espanya hi participa un altre grup de la Universitat de Santiago de Compostel·la. En els experiments de l'LHC hi participen en total dos-cents científics i tècnics espanyols amb el suport del Centre Nacional de Física de Partícules, Astropartícules i Nuclear (CPAN).