La collaboration LHCB observe la désintégration de Baryon ultra-rare

Les baryons, les particules composites composées de trois quarks liés ensemble via la soi-disant force forte, constituent la question la plus visible et ont donc été au centre de nombreuses études de physique. L’étude des procédés rares via les décomposition des baryons instables dans d’autres particules pourrait potentiellement contribuer à la découverte de nouvelles physiques qui ne s’expliquent pas par le modèle standard de physique des particules.

L’expérience LHCB est un effort de recherche à grande échelle impliquant des scientifiques travaillant dans les universités du monde entier, visant à étudier la physique des particules contenant de soi-disant quarks B et à rechercher une nouvelle physique au-delà du modèle standard, en s’appuyant sur un détecteur grand et spécialisé situé à Cern. Dans un article récemment publié dans Lettres d’examen physiquela collaboration LHCB a rapporté l’observation d’un processus ultra-rare via lequel un type de baryon connu sous le nom de Sigma-plus (σ⁺) se désintègre dans un proton et deux muons avec des charges opposées.

“La motivation de notre étude provenait à l’origine de la mesure de l’expérience HYPERCP à Fermilab, qui avait des preuves de cette désintégration avec 3 désintégrations vues en 2005”, a déclaré à Francesco Dettori, professeur à l’Université de Cagliari et membre de la collaboration LHCB, à Phys.org.

“L’intérêt pour leur mesure est que, en regardant la paire de muon des trois candidats, il a montré qu’ils avaient la même masse combinée, au lieu d’une distribution comme prévu.

Les résultats récemment recueillis à Fermilab il y a 20 ans ont attiré l’attention de nombreux physiciens des particules dans le monde⁺→ P𝜇⁺𝜇^–), qui sont enracinés dans des théories au-delà du modèle standard. D’autres expériences axées sur les paires DiMuon n’ont pas pu observer ce processus de désintégration ultra-rare, mais en raison de sa portée et de son échelle, l’expérience LHCB avait tous les outils nécessaires pour rechercher cette désintégration ultra-rare.

“Nous avons analysé les données collectées en 2016-2018 dans les collisions Proton-Proton au grand collisionneur de hadron”, a déclaré Gabriele Martelli, chercheur associé à l’INFN, section de Pérugie. “Le σ⁺ Baryon est juste légèrement plus lourd que le proton, donc dans ces collisions à haute énergie, presque toutes les collisions produisent également une de ces particules. En particulier, nous avons estimé que 10¹⁴ (cent billions) σ baryons ont été produits dans l’expérience au cours de cette période. “

La désintégration très rare que l’équipe recherchait a une signature distinctive qui diffère des autres désintégrations, car le baryon σ est relativement long. Dans le cadre de leur étude, la collaboration LHCB a recherché le sommet de désintégration jusqu’à des dizaines de centimètres de l’interaction Proton-Proton.

“En même temps, les deux muons et le proton, chargés, sont vus par nos détecteurs et identifiés à travers différents stades d’identification des particules”, a déclaré Martelli. “Bien que la signature soit facile à reconstruire, nous devons nous battre avec une grande quantité de combinaisons aléatoires qui pourraient imiter cette désintégration, et nous avons utilisé des méthodes d’apprentissage automatique pour les rejeter.”

En fin de compte, les chercheurs ont pu observer le σ⁺→ P𝜇⁺𝜇^– Decay, qui est la plus rare de toutes les désintégres baryons étudiées à ce jour. Il s’agit d’une réalisation scientifique remarquable qui met en évidence la sensibilité du détecteur LHCB au CERN.

“Ayant observé des centaines de ces désintégrations nous a donné la possibilité de mesurer précisément sa probabilité et d’autres propriétés, et de les comparer aux prédictions du modèle standard”, a déclaré Dettori. “Historiquement, les désintégres rares ont été l’endroit où les particules ont été découvertes à travers leurs effets quantiques, bien avant que les accélérateurs aient de l’énergie pour les produire directement. Le cas le plus notable étant le` `Quark de charme ” découvert pour expliquer une décadence qui a été mesurée pour être plus rare que prévu.”

L’expérience LHCB a déjà contribué à améliorer la compréhension des divers phénomènes de physique des particules expliqués par le modèle standard. Cependant, la précision et la sensibilité du détecteur s’améliorent encore, les chercheurs impliqués dans l’expérience pourraient accéder à des processus de désintégration qui sont de plus en plus rares, ce qui pourrait à son tour conduire à l’observation de nouvelles particules et des interactions physiques.

“En utilisant des données collectées à partir de 2023, avec le détecteur amélioré LHCB, nous devrions être en mesure de mesurer des milliers de ces désintégrations et de sonder non seulement leur probabilité mais aussi d’autres caractéristiques”, a ajouté Martelli.

“La prochaine propriété que nous voulons étudier est la différence entre la matière et l’antimatière (connue sous le nom de violation de la symétrie des charges de charge) dans cette désintégration, en comparant les désintégrations σ avec l’anti-σ. La mesure de cette symétrie CP dans de nombreuses désintégrations est fondamentale pour trouver des indices sur le désir de la matière / antimatter de l’univers.”

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