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LHCb, la sfida del quark b al Modello Standard

Oggi, a un’importante conferenza (virtualmente) in corso a Moriond, Fr, e in un seminario del CERN, la collaborazione LHCb ha presentato due nuovi risultati utilizzando l’intero set di dati raccolti durante i Run 1 e 2 di LHC.

Il primo è l’aggiornamento di una misura del rapporto RK, test importante di un principio del Modello Standard (MS) della fisica delle particelle noto come universalità leptonica, che afferma che il MS tratta i tre leptoni carichi (elettroni, muoni e tau) in modo identico, ad eccezione delle differenze dovute alle loro diverse masse. Nel MS RK deve essere uguale a 1, mentre oggi il risultato indica la rottura del principio dell’universalità leptonica nei decadimenti dei quark contenenti un quark b, con una significatività statistica di 3,1 deviazioni standard. Tutte le misure di RK sono mostrate in Figura 1: le precedenti effettuate da LHCb sono mostrate sul grafico come punti grigi; il nuovo valore misurato di RK (punto nero) è coerente con i precedenti risultati di LHCb e li sostituisce.

Fig. 1

Il secondo risultato annunciato oggi è la misura migliorata del decadimento rarissimo Bs0→ μ+μ. Nel MS la probabilità, o frazione di decadimento, del mesone Bs0 di decadere in due muoni di carica opposta è molto piccola ed è calcolata con precisione. D’altra parte, una vasta classe di teorie che estendono il MS, come per esempio la supersimmetria, permette valori diversi per questa frazione di decadimento e quindi l’osservazione di qualsiasi deviazione significativa dalla previsione del MS rivelerebbe la presenza di “nuova fisica”. Il valore per frazione di decadimento presentato oggi, (3.09+0.46-0.43+0.15-0.11)x10-9, è in accordo con la previsione del MS di (3.66±0.14)x10-9, ed è la misura più precisa fatta fino ad oggi da un singolo esperimento.

Fig. 2

“Il decadimento di un mesone Bs0 in una coppia di muoni è stato a lungo considerato come uno delle misure più promettenti per cercare segnali di nuova fisica”, afferma Barbara Sciascia, responsabile del gruppo LHCb di Frascati. “Questo decadimento è stato cercato per più di 30 anni da diversi esperimenti (vedi Figura 2). Fin dall’inizio il gruppo di Frascati ha partecipato attivamente alla ricerca all’interno di LHCb, anche grazie all’impegno di tanti ottimi laureandi e dottorandi che hanno preparato la loro tesi partecipando ai risultati ottenuti negli anni, tra cui quello annunciato oggi ”.

“Abbiamo osservato il segnale Bs0→ μ+μ con una significatività statistica di 10 deviazioni standard e con una frazione di decadimento in buon accordo con la previsione del MS”, continua Marco Santimaria, postdoc presso i LNF e che ha presentato il risultato al seminario di oggi al CERN. “I risultati relativi al Bs0→ μ+μ via via più accurati avevano già limitato fortemente vari modelli di nuova fisica. Il risultato presentato oggi è in accordo con le previsioni ma permette comunque la presenza di contributi oltre il MS come varie altre misure sembrano indicare”.

Attualmente il MS è la migliore descrizione del mondo subatomico e ha spiegato con successo quasi tutti i risultati sperimentali nella fisica delle particelle, prevedendo con precisione un’ampia varietà di fenomeni. Esso però non include altri fenomeni sperimentali, quali la natura della materia oscura o la scomparsa dell’antimateria creata durante il big bang. E proprio la ricerca di indizi utile a definire questo modello più ampio “di nuova fisica” è alla base di molte delle misure fatte dagli esperimenti all’LHC del CERN. In ogni caso tutti i modelli di fisica oltre il MS, compresi quelli che propongono la spiegazione dei segnali di violazione dell’universalità leptonica che derivano da RK, l’altro risultato di LHCb annunciato oggi, dovranno dimostrare la loro compatibilità con il vincolo imposto da questa nuova pietra miliare nello studio del decadimento Bs0→ μ+μ. Maggiori dettagli sulle caratteristiche della fisica oltre il MS arriveranno dalla presa dati del Run 3 dell’LHC, atteso con impazienza dai fisici sia teorici che sperimentali.

Maggiori informazioni (in inglese) sono disponibili nella presentazione alla conferenza di Moriond, nel seminario al CERN, negli articoli di LHCb sottomessi a rivista, e nella pagina pubblica di LHCb sia per RK [https://lhcb-public.web.cern.ch/Welcome.html#RK2021] che per Bs0→ μ+μ[https://lhcb-public.web.cern.ch/Welcome.html#BsMuMU2021]

 

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