No Large Hadron Collider (LHC) do CERN, estudos de processos raros permitem aos cientistas inferir a presença de partículas pesadas, incluindo partículas não descobertas, que não podem ser produzidas diretamente. Tais partículas são amplamente previstas para existir além do Modelo Padrão, e podem ajudar a explicar alguns dos enigmas do universo, como a existência de matéria escura, as massas de neutrinos (partículas indescritíveis originalmente consideradas sem massa) e a matéria do universo. assimetria da antimatéria.
Um desses processos é o raro decaimento de mésons B neutros para um par de múon e antimúon:o primo mais pesado do elétron emparelhado com sua antipartícula correspondente. Existem dois tipos de mésons B neutros:O B ⁰ méson consiste em um antiquark de beleza e um quark down, enquanto para o B_s méson o quark down é substituído por um quark estranho. Se não houver novas partículas afetando esses decaimentos raros, os pesquisadores previram que apenas um em 250 milhões de B_s os mésons decairão em um par múon-antimúon; para o B ⁰ meson, o processo é ainda mais raro, em apenas um em 10 bilhões.

Os cientistas têm procurado confirmação experimental desses decaimentos desde a década de 1980. Só recentemente, em 2014, foi a primeira observação dos B_s ao decaimento de múons relatado em uma análise combinada de dados obtidos pelas colaborações do LHCb e CMS, posteriormente confirmados pelos experimentos ATLAS, CMS e LHCb individualmente. No entanto, o B ⁰ a decadência ainda escapa a qualquer tentativa de observá-la.

Usando dados do Run 2 do LHC, o experimento CMS lançou um novo estudo sobre a taxa de decaimento e a vida útil dos B_s decaimento do méson, bem como uma busca pelo B ⁰ decair. O novo estudo, apresentado na Conferência Internacional de Física de Altas Energias (ICHEP), se beneficia não apenas de uma grande quantidade de dados analisados, mas também de algoritmos avançados de aprendizado de máquina que destacam os raros eventos de decaimento do esmagador fundo de eventos produzidos por milhões de colisões de partículas por segundo.

Os resultados revelaram um sinal muito claro dos B_s méson decaindo para um par múon-antimúon. A precisão da medição da taxa de decaimento excede a alcançada em medições anteriores em outros experimentos.

Ambos os B_s observados a taxa de decaimento, encontrada em 3,8 ± 0,4 partes em um bilhão, e sua medição de vida útil de 1,8 ± 0,2 picossegundos (um picosegundo é um trilionésimo de segundo), estão muito próximas dos valores previstos pelo Modelo Padrão.

Quanto ao B ⁰ Embora nenhuma evidência disso tenha sido encontrada a partir desses resultados, os físicos podem afirmar com 95% de confiança estatística que sua taxa de decaimento é inferior a 1 parte em 5 bilhões.

Nos últimos anos, várias anomalias foram observadas em outros decaimentos raros do méson B, com discrepâncias entre as previsões teóricas e os dados – indicando a existência potencial de novas partículas. O novo resultado do CMS está muito mais próximo das previsões teóricas do que esses outros decaimentos raros e, portanto, pode ajudar os cientistas a entender a natureza das anomalias.

Os decaimentos raros do méson B continuam a ser de grande interesse para os cientistas. Com os B_s decaimento de mésons para múons firmemente estabelecido e medido com alta precisão, os cientistas agora estão de olho no prêmio final:o B ⁰ decair. Com grandes conjuntos de dados previstos para o LHC Run 3, eles esperam ter o primeiro vislumbre desse processo extremamente raro e aprender mais sobre as anomalias intrigantes. + Explorar mais

Nova análise do LHCb ainda vê resultados intrigantes anteriores