No mundo das partículas elementares, traços de uma potencial "nova física" podem ser ocultados em processos relacionados à decadência dos bárions. A análise de dados do experimento LHCb no Large Hadron Collider realizada por cientistas do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências em Cracóvia, Contudo, mostrou que um dos mais raros decaimentos de bárions contendo o quark charme até agora não apresenta anomalias.

Bárions, que são partículas compostas feitas de três quarks, pode se decompor em partículas mais leves. Esses tipos de decaimentos geralmente ocorrem indiretamente por meio do estado intermediário (ressonante). As vezes, Contudo, a decadência prossegue diretamente em uma etapa (não ressonante). O modelo padrão prevê que alguns decaimentos bárions não ressonantes são extremamente raros - dependendo do tipo de bárion, eles devem ocorrer uma vez por bilhão de casos, ou até com menos frequência.

"Se a frequência de alguns decaimentos não ressonantes fosse diferente do previsto pelo Modelo Padrão, poderia indicar a existência de processos e partículas ainda não conhecidas, e indicam a existência de 'nova física.' É por isso que os decaimentos não ressonantes têm atraído nossa atenção por tanto tempo, "explica o Prof. Mariusz Witek do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia.

O Prof. Witek liderou um grupo de cinco membros de físicos de Cracóvia em busca de decaimentos não ressonantes do bárion Lambda c em dados coletados em 2011 e 2012 pelo experimento internacional LHCb no Grande Colisor de Hádrons em Genebra.

No estudo, os pesquisadores se concentraram em bárions Lambda c, isto é, partículas feitas de penugem (d), quarks up (u) e charme (c). O quark top (t) mais massivo decai tão rapidamente que não se combina de forma alguma com outros quarks, então não cria bárions, cujas decadências puderam ser observadas. O decaimento de partículas contendo o segundo maior quark em termos de massa, o quark belo (b), já foi analisado anteriormente, porque seus decaimentos eram ligeiramente mais fáceis de detectar. O grupo da Cracóvia esteve envolvido aqui e contribuiu para a observação de desvios interessantes das previsões teóricas. Nesta situação, apenas a decadência dos bárions encantados permaneceu praticamente inexplorada.

"O modelo padrão prevê que os decaimentos não ressonantes dos bárions Lambda c em três partículas - um próton e dois múons - devem ocorrer mais ou menos uma vez em centenas de bilhões de decaimentos. Este é um fenômeno muito mais raro do que os decaimentos dos bárions contendo o quark de beleza , que fomos analisados ​​anteriormente, "diz o Dr. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN)." As medições e análises são agora muito mais difíceis. Temos que olhar para um grupo muito maior de eventos registrados no experimento LHCb. Contudo, vale a pena fazer, porque, como recompensa, você pode encontrar uma trilha de processos muito mais sutis. Se conseguirmos observar alguma inconsistência com as previsões, isso provavelmente seria um sinal de uma 'nova física'. "

Com fenômenos tão raros, a distinção de decaimentos não ressonantes de bárions Lambda c do fundo provou ser uma tarefa difícil e demorada. Apesar disso, os físicos baseados em Cracóvia conseguiram melhorar um limite superior na frequência de decaimentos não ressonantes em até 100 vezes. Foi estimado em menos de um em centenas de milhões.

"A consideração de dados adicionais, incluindo a segunda execução do acelerador LHC, deve em breve melhorar nosso resultado por um fator de 10. Portanto, estaríamos muito próximos das previsões do Modelo Padrão. Se algum tipo de 'nova física' está se manifestando nos decaimentos dos bárions Lambda c, esta será a última chance de se revelar. Atualmente, não há o menor vestígio disso, "resume o Prof. Witek.

Durante as análises, os pesquisadores baseados em Cracóvia também observaram decaimentos ressonantes, em que o bárion Lambda c decaiu em um próton e méson ômega. A falta de sinais indicando mais um caminho de decadência ressonante - em um próton e um rho meson - foi um tanto surpreendente. Contudo, este resultado acabou por estar de acordo com as previsões teóricas.