La anomalía de los mesones B en la revista Nature

Los artículos de física de partículas en revistas como Nature o Science son muy excepcionales. Por ello me sorprende de forma muy agradable la publicación de dos artículos de revisión en Nature esta semana. El tema es el mismo, las anomalías observadas en la física de mesones B que apuntan en contra de la universalidad leptónica predicha por el modelo estándar. Los detectores LHCb, Belle y BaBar han observado que el cociente entre el número de las desintegraciones semileptónicas en leptones tau y electrones difiere. La causa podría ser nueva física (un bosón Z-prima, leptoquarks, etc.), pero aún es pronto para estar seguros.

El modelo estándar predice RD = 0,300 ± 0,008 y RD* = 0,252 ± 0,003. Sin embargo, la combinación de los resultados de LHCb, Belle y BaBar obtenida por el HFAG encuentra que RD = 0,397 ± 0,049 y RD* = 0,316 ± 0,019. Los valores experimentales se desvían a unos dos sigmas de los valores teóricos, pero las incertidumbres experimentales son unas seis veces mayores que las teóricas. Hasta que dichas incertidumbres no se reduzcan en este factor (lo que puede costar más de un lustro) no podemos descartar que se trate de una fluctuación estadística en el mismo sentido en el tres detectores.

Te recomiendo disfrutar de estos dos estupendos artículos de primera mano: Gregory Ciezarek, Manuel Franco Sevilla, …, Yutaro Sato, “A challenge to lepton universality in B-meson decays,” Nature 546: 227–233 (08 Jun 2017), doi: 10.1038/nature22346, arXiv:1703.01766 [hep-ex], y F. Archilli, M.-O. Bettler, …, K. A. Petridis, “Flavour-changing neutral currents making and breaking the standard model,” Nature 546: 221–226 (08 Jun 2017), doi: 10.1038/nature21721.

Dibujo20170609 leptonic and semileptonic decay b-meson nature22346-f1

Los mesones bellos B son partículas formadas por un quark bottom (o beauty) y otro antiquark. Se pueden desintegrar vía la desintegración débil de forma leptónica y de forma semileptónica. En el primer caso, parte izquierda de la figura, la pareja de quarks se aniquila vía un bosón W que se desintegra en un leptón y un neutrino; en el segundo caso, parte derecha, el bosón W transforma el quark bottom en un quark encanto, quedando inerte el antiquark, resultando en la emisión de un mesón encantado D, junto a un par leptón-neutrino.

Dibujo20170609 Comparison of measurements with standard model predictions nature22346-f4

El análisis de las desintegraciones leptónicas de mesones B muestra un buen acuerdo entre teoría y observación. Tanto en BaBar (1999–2008), en el SLAC (California, EE.UU.), como en Belle (1999–2010), en el KEK (Tsukuba, Japón), como en LHCb (en curso), en el LHC del CERN (Europa). Sin embargo, para las desintegraciones semileptónicas se observa una desviación aún sin explicación. LHCb seguirá tomando datos mientras funcione el LHC y aún no se han analizado todos los datos recabados el año pasado. Belle II está en construcción y empezará a tomar datos el año 2018 si todo va bien. Los próximos años serán claves para desvelar el origen de estas desviaciones.

Dibujo20170609 semileptonic decay rations theory experiment b-mesons nature22346

Lo que hay que tener claro es que sabemos calcular con gran precisión la predicción del modelo estándar para el cociente entre las fracciones de desintegración (branching ratios) para las desintegraciones con leptones tau y con electrones. La estimación observacional es mucho más complicada de determinar y tiene una incertidumbre tanto estadística (debida al número de colisiones analizadas) como sistemática (debida a la predicción teórica de lo que deberían observar los detectores) mucho mayor; aún así, el valor medio difiere claramente de la predicción teórica. Quiero destacar este punto, las desintegraciones semileptónicas son procesos raros cuyo análisis e interpretación requiere mucho esfuerzo. Las anomalías observadas podrían tener su origen en estos análisis sin necesidad de recurrir a física más allá del modelo estándar.

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Post completo en:La Ciencia de la Mula FrancisNAUKAS

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