La colaboración ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha presentado una nueva medición de alta precisión de la vida media del mesón belleza (B0), una partícula compuesta por un antiquark bottom y un quark down. Este avance representa un hito significativo en la física de partículas, donde los mesones B han sido fundamentales para el estudio de fenómenos raros y predicciones precisas, proporcionando información valiosa sobre interacciones mediadas por la fuerza débil y la dinámica de los estados ligados de quarks pesados.
Detalles de la Medición
El análisis del mesón B0 se centró en su descomposición en un kaón neutral excitado (K*0) y un mesón J/ψ. A su vez, el mesón J/ψ se descompone en un par de muones, mientras que el mesón K*0 se estudia a través de su descomposición en un pion cargado y un kaón cargado. La investigación se basa en datos de colisiones protón-protón recopilados por el detector ATLAS durante la segunda fase del LHC (2015-2018), utilizando un impresionante conjunto de datos de 140 femtobarns inversos (1 femtobarn inverso corresponde aproximadamente a 100 billones de colisiones).
La nueva medición de la vida media del mesón B0 se establece en 1.5053 picosegundos, con una incertidumbre estadística de 0.0012 ps y una incertidumbre sistemática de 0.0035 ps. Este resultado no solo es el más preciso hasta la fecha, sino que también mejora significativamente las mediciones anteriores, incluyendo las de la propia colaboración ATLAS.
Para alcanzar tal precisión, el equipo de ATLAS enfrentó numerosos desafíos experimentales, incluyendo la minimización de las incertidumbres sistemáticas, la modelización precisa y la mejora de la alineación del detector. Además de medir la vida media del mesón B0, los investigadores calcularon su «ancho» de descomposición, un parámetro fundamental de cualquier partícula inestable con una vida media finita. Según la relación de incertidumbre de Heisenberg en mecánica cuántica, a menor vida media corresponde un ancho de descomposición más amplio. El ancho de descomposición del mesón B0 fue medido en 0.664 picosegundos inversos, con una incertidumbre total de 0.004 ps-1.
Los investigadores compararon este resultado con una medición anterior del ancho de descomposición del mesón Bs0 (compuesto por un quark bottom y un quark extraño) y encontraron que la relación de los anchos era consistente con la unidad, reflejando los valores cercanos de los anchos medidos. Estos hallazgos son coherentes con las predicciones del modelo de quarks pesados y pueden servir para ajustar aún más estas predicciones.
Las nuevas mediciones de precisión de ATLAS mejoran la comprensión de las descomposiciones mediadas por la fuerza débil en el Modelo Estándar y proporcionan datos valiosos para futuros desarrollos teóricos.
Más información: ATLAS Collaboration, Precision measurement of the B0 meson lifetime using B0 -> J/ψK*0 decays with the ATLAS detector, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2411.09962
