UN LIMITE ALLA NUOVA FISICA

A LHCb piace il Modello Standard

Pubblicati su Nature Physics e presentati alla conferenza internazionale della European Physical Society (EPS) in corso a Vienna, i risultati di una nuova misura di elevata precisione effettuata sui decadimenti di barioni che contengono il quark b effettuata da l’esperimento LHCb, al Large Hadron Collider del CERN

Crediti: LHCb, CERN.

Crediti: LHCb, CERN.

Il 27 luglio, a pochi giorni dalla pubblicazione delle misure sui pentaquark (vedi MediaINAF), l’esperimento LHCb, al Large Hadron Collider LHC del CERN, ha pubblicato su Nature Physics i risultati di una nuova misura di elevata precisione effettuata sui decadimenti di barioni che contengono il quark b, che ha presentato alla conferenza internazionale della European Physical Society (EPS) in corso a Vienna,. Lo studio contribuisce a chiarire il quadro sperimentale per la possibilità di esistenza di nuova fisica nelle interazioni elettrodeboli.

Questo risultato è stato ottenuto studiando il decadimento della particella barionica chiamata Lambda b (Λb) che decade in un protone, un muone e un antineutrino muonico. A livello di quark, in questo processo un quark b della Λb si trasforma in un quark u dando origine a un protone, emettendo nel contempo un bosone W che decade in un muone e nel suo antineutrino. Questo tipo di misura viene detta “esclusiva”, perché considera solamente un preciso tipo di decadimento.

Il parametro misurato in questo articolo, chiamato Vub, descrive la probabilità di un quark b di trasformarsi in un quark u. Questo parametro fa parte della matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM), che descrive tutti i possibili mescolamenti tra i quark. Poiché il Modello Standard non è in grado di predire il valore assoluto dei parametri della matrice CKM ma, più semplicemente, relazioni di consistenza alle quali questi devono soddisfare, accurate misure sperimentali di vari processi, che coinvolgono le differenti tipologie di quark, sono di estrema importanza per comprendere se il meccanismo CKM sia l’effettiva chiave di interpretazione di tutti i fenomeni di mescolamento tra i quark nel mondo sub-microscopico. Qualora si riscontrasse un’inconsistenza tra i vari elementi della matrice, ciò rappresenterebbe un’indicazione dell’esistenza di nuova fisica oltre la teoria che oggi conosciamo.

Il risultato pubblicato da LHCb non è in accordo con le misure “inclusive” di questo parametro pubblicate in letteratura.  In queste misure inclusive Vub viene ricavato studiando tutti i possibili decadimenti di mesoni B nei quali un quark b diventa un quark u, ma senza considerare uno stato finale in particolare. Il valore di Vub da misure inclusive non è compatibile, entro le incertezze sperimentali, con quanto previsto dal Modello Standard, e questo può essere interpretato con la necessità di correggere il Modello Standard introducendo nuova fisica.

Questa misura di Vub fatta da LHCb, in perfetto accordo con le misure esclusive precedentemente realizzate dallo stesso LHCb e dagli esperimenti BaBar e Belle, è invece perfettamente consistente con il Modello Standard così come lo conosciamo, contribuendo così a dissipare i dubbi sulla possibile esistenza di nuovi aspetti delle interazioni elettrodeboli.

La discordanza tra misure inclusive ed esclusive di Vub resta però al momento un problema aperto che continuerà a essere indagato nei prossimi anni, sia a livello sperimentale sia teorico.

Il risultato è il primo di questo tipo a essere stato ottenuto da un esperimento che utilizza collisioni tra adroni, come LHC, come anche il primo che si ottiene studiando il decadimento di un barione contenente un quark b. La precisione richiesta per questo tipo di misura è stata ottenuta grazie alle ottime prestazioni di LHCb e di LHC.