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¿Ruptura de la universalidad leptónica? ¿Física más allá del modelo estándar?

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  • 1r ciclo ¿Ruptura de la universalidad leptónica? ¿Física más allá del modelo estándar?

    Atención, leo recién publicado en arxiv un artículo que, de confirmarse sus resultados, podría ser muy importante. Lo publica la Colaboración LHCb en el CERN, (luego la cosa es seria) y dice en el abstract:

    El Modelo Estándar de la física de partículas proporciona actualmente nuestra mejor descripción de las partículas fundamentales y sus interacciones. La teoría predice que los diferentes leptones cargados, el electrón, el muón y el tau, tienen idéntica fuerza de interacción electrodébil.
    Las mediciones anteriores han demostrado que una amplia gama de desintegraciones de partículas son consistentes con este principio de universalidad de los leptones. Este artículo presenta pruebas de la ruptura de la universalidad de los leptones en las desintegraciones de los beauty-quarks, con una significación de 3,1 desviaciones estándar, basadas en datos de colisiones protón-protón recogidos con el detector LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.
    Las mediciones corresponden a procesos en los que un mesón bello se transforma en un mesón extraño con la emisión de un electrón y un positrón, o de un muón y un antimuón. Si se confirma en futuras mediciones, esta violación de la universalidad de los leptones implicaría una física más allá del Modelo Estándar, como una nueva interacción fundamental entre quarks y leptones.


    Según el Modelo Estándar, los muones y los electrones interactúan con todas las fuerzas de la misma manera, por lo que los quarks de belleza creados en LHCb deberían desintegrarse en muones con la misma frecuencia que en electrones.

    Pero estas nuevas mediciones sugieren que las desintegraciones podrían estar ocurriendo a diferentes velocidades, lo que podría sugerir la existencia de partículas desconocidas que inclinan la balanza hacia los muones: esta medida cuestiona que las leyes de la naturaleza traten a los electrones y a sus primos más pesados, los muones, de manera idéntica, excepto por pequeñas diferencias debido a sus diferentes masas.

    Notad que de momento "solo" tenemos 3.1 sigmas, que el paper no es definitivo en una revista de Física peer-review, por lo que hay que esperar confirmación, pero hago una excepción y me adelanto por la potencial relevancia de la noticia.

    El artículo es: Test of lepton universality in beauty-quark decays

    Y a nivel divulgación en la web del CERN: Intriguing new result from the LHCb experiment at CERN. The LHCb results strengthen hints of a violation of lepton flavour universality

    Información adicional: 23 March 2021: Strengthened hints for a violation of lepton universality in B decays. Update of RK measurement

    Saludos.

    ACTUALIZADO: He visto ahora que ya había ciertos rumores sobre el tema en los últimos años, La Mula Francis escribió varios artículos sobre el tema: Universalidad Leptónica
    Última edición por Alriga; 23/03/2021, 15:40:25.
    "Das ist nicht nur nicht richtig, es ist nicht einmal falsch! "

  • #2
    Gracias, Alriga.

    Voy a explicar algo más del artículo, y a hacer de abogado del diablo.

    La explicación:

    - El mesón B+, que se produce, entre otras muchas cosas, en las colisiones del LHC, se describe en el modelo de quarls como un quark u y un antiquark . Este mesón, de masa 5279 MeV, decae por interacción débil de muchas formas, y el experimento se centra en los casos que producen parejas . o . junto a un kaon positivo K+, que se describe en el modelo de quarks como un quark u y un antiquark .

    - En el decaimiento resonante, se cuentan los casos en los que la pareja . o tiene, en su sistema centro de momentos, una energía de 3069 MeV que corresponde al mesón que se describe en el modelo de quarls como un quark c y un antiquark . Así, en el decaimiento resonante, el proceso es y posteriormente , o . En este decaimiento resonante se cumple perfectamente la universalidad, es decir, los muones se comportan exactamente como si fueran electrones con masa mayor. Los datos experimentales correspondientes al decaimiento resonante aparecen en los paneles inferiores de la figura dos, del atriculo, y como se puede ver son datos muy limpios.

    - En el decaimiento no resonante, se cuentan los casos en los que la pareja . o tienen condiciones diferentes a las de la resonancia, y en el experimento se fijan unas ciertas condiciones cinemáticas (es decir, unos cortes en las energías y ángulos de las partículas medidas) para asegurar que esto es así. Así, en el decaimiento no resonante, ocurre directamente , o bien . En este decaimiento no resonante es donde no se conserva la universalidad, es decir, los muones no se comportan exactamente como si fueran electrones con masa mayor. Los datos experimentales correspondientes al decaimiento no resonante aparecen en los paneles inferiores de la figura dos, del atriculo, y como se puede ver, es necesario una sustracción de fondo, que podría afectar los datos.

    El abogado del diablo:

    - Como se indica en el articulo, la interaccion fuerte entre quarks, dada por la QCD, todavía no permite evaluaciones muy precisas de procesos como este. Sin embargo, si pudieramos ignorar las masas de los leptones frente a la de los quarks, sea lo que sea lo que pasa con los quarks, los leptones . y se producirían con la msima probabilidad. Las masas de (0.511 y 105 MeV), son muy pequeñas frente a la masa del quark b y c (5000 MeV y 1500 MeV), pero no son pequeñas frente a las masas del u y d. Por tanto, si estos quarks ligeros jugaran un papel en la producción de leptones, la diferencia de masas podría jugar un papel, sin afectar a la universalidad de las interacciones. Entiendo, por el articulo, que esto se ha tenido en cuenta en los cáluclos, aunque no se si es un tema completamente cerrado.

    - Aunque los electrones y los muones se comporten igual (salvo masas) en los procesos microscópicos, no se detectan igual. Los detectores de muones y de electrones funcionan de forma diferente, y las eficiencias no tienen por qué ser iguales. Los autores tienen esto en cuenta considerando un doble cociente: (Producción no resonante)/(produccion resonante) de muones, dividido por (Producción no resonante)/(produccion resonante) de electrones. Esto eliminaría cualquier factor global de eficiencia de los detectores de muones frente a la de electrones. Sin embargo, como la cinemática es diferente para la deteccion resonante frente a no-resonante, pudiera ser que hubiera alguna cuestion de eficiencias que explicara los resultados.

    - El fondo: No es el mismo el fondo de muones que el fondo de electrones. Podemos imaginar que en un sistema tan complejo como el detector LHCb, habría muchísimas fientes de electrones que uno debe eliminar para tener una medida limpia. El fondo de muones, por contra siempre es inferior. Como comenté antes, en la figura 2, panel superior, aparece mucho fondo en los daos de producción no resonante de . Si este fondo se sustrae de otra forma, los resultados podrían ser diferentes.

    Un saludo
    Última edición por carroza; 24/03/2021, 10:47:18.

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    • #3
      En relación con este tema de la universalidad leptónica, leo publicado ayer en la web de la Universidad de Cambridge:

      Físicos de Cambridge anuncian resultados que aumentan la evidencia de una nueva física fundamental. En marzo de 2020, el mismo experimento reveló evidencia de partículas que rompían uno de los principios centrales del Modelo Estándar, lo que sugiere la posible existencia de nuevas partículas y fuerzas fundamentales. Ahora, nuevas mediciones realizadas por físicos del Laboratorio Cavendish de Cambridge han encontrado efectos similares, lo que impulsa el caso de nueva física.

      La forma en que decaen los quarks de belleza puede verse influenciada por la existencia de fuerzas o partículas no descubiertas. En marzo, un equipo de físicos del LHCb publicó resultados que mostraban evidencia de que los quarks beauty (belleza) se descomponían en muones con menos frecuencia que en sus primos más ligeros, los electrones. Esto es imposible de explicar en el Modelo Estándar, que trata a los electrones y a los muones de manera idéntica, aparte del hecho de que los electrones son unas 200 veces más ligeros que los muones. Como resultado, los quarks de belleza deberían descomponerse en muones y electrones a la misma velocidad. En cambio, los físicos de LHCb descubrieron que la desintegración del muón solo ocurría alrededor del 85% de la frecuencia con la que se desintegra el electrón. La diferencia entre el resultado de LHCb y el modelo estándar fue de aproximadamente 3 sigma.

      El nuevo resultado se ha determinado examinando dos nuevas desintegraciones de quarks de belleza de la misma familia de desintegraciones que se utilizó en el resultado de marzo. El equipo encontró el mismo efecto: las desintegraciones de muones solo ocurrían alrededor del 70% de la frecuencia con la que se desintegra el electrón. Esta vez, el error es algo mayor, ya que la desviación respecto del modelo estándar es de alrededor de 2 sigma.

      Suponiendo que el resultado sea correcto, la explicación más probable es que una nueva fuerza que atrae electrones y muones con diferentes fuerzas está interfiriendo con la forma en que estos quarks de belleza se descomponen. Sin embargo, para asegurarse de que el efecto sea real, se necesitan más datos para reducir el error experimental. Solo cuando un resultado alcanza el umbral de 5 sigma, los físicos de partículas comenzarán a considerarlo un descubrimiento genuino.

      Según el Dr. Harry Cliff del Laboratorio Cavendish "el hecho de que hayamos visto el mismo efecto que nuestros colegas en marzo ciertamente aumenta las posibilidades de que realmente estemos al borde de descubrir algo nuevo"


      Fuente en la Universidad de Cambridge: Cambridge physicists announce results that boost evidence for new fundamental physics

      El pre-print de arxiv del artículo científico es: Tests of lepton universality using B0→K0S ℓ+ℓ− and B+→K∗+ ℓ+ℓ− decays

      En la página web del CERN dicen "Los nuevos test de universalidad leptónica muestran el mismo patrón de desviación observado en resultados anteriores"

      Fuentes: LHC seminar: New tests of lepton universality using rare B decays with K0S mesons in the final state at LHCb y también 19 October 2021: New tests of lepton universality show the same pattern as deviations seen in previous results

      Estaremos atentos a cómo evoluciona el tema, saludos.
      Última edición por Alriga; 20/10/2021, 12:47:24.
      "Das ist nicht nur nicht richtig, es ist nicht einmal falsch! "

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