A partícula mais conhecida da família dos leptões é o elétron, um bloco de construção fundamental da matéria e central para a nossa compreensão da eletricidade. Mas o elétron não é filho único. Tem dois irmãos mais pesados, o múon e o tau lepton, e juntos são conhecidos como os três sabores do leptão. De acordo com o modelo padrão da física de partículas, a única diferença entre os irmãos deve ser sua massa:o múon é cerca de 200 vezes mais pesado que o elétron, e o tau-lepton é cerca de 17 vezes mais pesado que o múon. É uma característica notável do Modelo Padrão que cada sabor tenha a mesma probabilidade de interagir com um bóson W, que resulta da chamada universalidade do sabor do lepton. A universalidade do sabor de Lepton foi testada em diferentes processos e regimes de energia com alta precisão.

Em um novo estudo, descrito em um artigo publicado hoje no arXiv e apresentado pela primeira vez na conferência LHCP 2020, a colaboração do ATLAS apresenta uma medição precisa da universalidade do sabor do leptão usando uma técnica totalmente nova.

Os físicos do ATLAS examinaram eventos de colisão onde pares de quarks top decaem em pares de bósons W, e subsequentemente em léptons. "O LHC é uma fábrica de quark top, e produziu 100 milhões de pares de quarks top durante a execução 2, "diz Klaus Moenig, Coordenador de Física do ATLAS. "Isso nos deu uma grande amostra imparcial de bósons W decaindo em múons e leptons tau, que foi essencial para esta medição de alta precisão. "

Eles então mediram a probabilidade relativa de que o leptão resultante de um decaimento do bóson W seja um múon ou um tau-leptão - uma razão conhecida como R (τ / μ). De acordo com o modelo padrão, R (τ / μ) deve ser unitário, já que a força da interação com um bóson W deve ser a mesma para um tau-leptão e um múon. Mas tem havido tensão sobre isso desde a década de 1990, quando experimentos no colisor Grande Eletron-Pósitron (LEP) mediram R (τ / μ) em 1,070 ± 0,026, desviando-se da expectativa do Modelo Padrão em 2,7 desvios padrão.

A nova medição ATLAS fornece um valor de R (τ / μ) =0,992 ± 0,013. Esta é a medida mais precisa da proporção até o momento, com uma incerteza com metade do tamanho daquela da combinação dos resultados do LEP. A medição ATLAS está de acordo com a expectativa do Modelo Padrão e sugere que a discrepância LEP anterior pode ser devido a uma flutuação.

"O LHC foi projetado como uma máquina de descoberta para o bóson de Higgs e nova física pesada, "diz o porta-voz do ATLAS Karl Jakobs." Mas esse resultado demonstra ainda mais que o experimento do ATLAS também é capaz de fazer medições na fronteira de precisão. Nossa capacidade para esses tipos de medições de precisão só melhorará à medida que coletarmos mais dados na Execução 3 e além. "

Embora tenha sobrevivido a este último teste, o princípio da universalidade do sabor do leptão não estará completamente fora de questão até que as anomalias nos decaimentos do méson B registradas pelo experimento LHCb também tenham sido definitivamente sondadas.