LHCb étudie la désintégration rare Σ+→pμ+μ-

La collaboration LHCb a rapporté l’observation de l’hypéron Σ⁺→pμ⁺µ^– désintégration rare à la XVe Conférence internationale sur la beauté, le charme et les hypérons dans les interactions hadroniques (BEACH 2024) à Charleston, Caroline du Sud, États-Unis Un hypéron est une particule contenant trois quarks, comme le proton et le neutron, dont un ou plusieurs quarks étranges.

Les désintégrations rares de particules connues sont un outil prometteur pour la recherche de physique au-delà du modèle standard (MS) de la physique des particules. Dans le MS, le Σ⁺→pμ⁺μ^– le processus n’est possible qu’à travers des « diagrammes en boucle » : plutôt que que la désintégration se produise directement, les états intermédiaires doivent être échangés dans une « boucle », comme illustré dans les diagrammes (a) et (b) ci-dessous.

Dans la théorie quantique des champs, la probabilité qu’un tel processus se produise est la somme des probabilités de toutes les particules possibles échangées dans cette boucle, connues et inconnues. C’est ce qui rend un tel processus sensible aux phénomènes nouveaux.

Si un écart entre les mesures expérimentales et les calculs théoriques était observé, cela pourrait être dû à la contribution de certaines particules inconnues. Ces particules pourraient soit être échangées dans la boucle, soit intervenir directement dans cette désintégration, en interagissant avec les quarks puis en se désintégrant en une paire de muons. Dans ce dernier cas, représenté sur le schéma (c) ci-dessous, la nouvelle particule laisserait une empreinte dans les propriétés des deux muons.

Études du Σ⁺→pμ⁺μ^– Les résultats de la désintégration de LHCb étaient particulièrement intéressants grâce à un indice de structure observé dans les propriétés de la paire de muons en 2005 par la collaboration HyperCP (E871). Avec seulement trois événements, la structure était loin d’être concluante, et l’étude de LHCb devait apporter un peu de lumière sur la situation.

En fin de compte, les données de LHCb ne montrent aucune structure de pointe significative dans la région de masse du dimuon mise en évidence par HyperCP, ce qui infirme l’hypothèse. La nouvelle analyse observe cependant la désintégration avec une grande signification, et une mesure précise de la probabilité de désintégration ainsi que d’autres paramètres suivra, permettant de rechercher davantage d’écarts avec les prédictions du SM.