EL B S MESÓN: ¿POR QUÉ ES ESPECIAL
Es un juego de palabras terrible, lo sé.
AB s mesón es un estado ligado de un fondo anti-quark y quark extraño, es como una especie de "molécula" de los quarks.
Hay todo tipo de mesones que se podría imaginar se pegan entre sí los quarks y los quarks diferentes anti-, pero el B s mesón y es más ligero primo, el B d mesón, son personajes especialmente interesante en el espectro de todos los mesones posible.
La razón es que tanto la B s y el B d son partículas neutras, y resulta que se mezclan la mecánica cuántica con sus antipartículas, que llamamos B s y B d .
Recordemos que las propiedades como "bottom-ness" o "extraño" se conocen como sabor . De A a B s a un B s cambia el "número de quarks abajo" de -1 a +1 y el "número de quarks extraños" 1 a -1, por lo que dichos efectos
se llaman sabor cambia .
Para ayudar a aclarar las cosas, he aquí un diagrama de ejemplo que codifica esta mezcla cuántica:
La interfaz de usuario se refiere a cualquier tipo de quark up.
Cualquier mesón neutro se puede mezclar o "oscilan", en su antipartícula, pero los mesones B son especiales debido a su vida. Recordemos que los mesones son inestables y decaen, por lo que a diferencia de los neutrinos, que no podemos esperar un rato para ver si oscila en algo interesante.
Algunos mesones vivir por mucho tiempo y sus fenómenos de oscilación se 'lava' antes de llegar a observarlos.
Otros mesones no vivir el tiempo suficiente y el deterioro antes de que tengan la oportunidad de oscilar en absoluto.
Sin embargo, los mesones B-oh, maravilloso B-mesones Ricitos de Oro que tienen una vida útil y el tiempo de oscilación que son más o menos de la misma magnitud.
Esto significa que mediante la medición de sus caries y las tasas relativas de descomposición que podemos aprender acerca de cómo estos mesones mezcla, es decir, que podemos aprender acerca de la estructura subyacente del sabor del Modelo Estándar.
Observación histórica :
El B d mesón es especial por otra razón: por una coincidencia, podemos producir más copiosamente.
La razón es que el B d mesón de masa resulta ser un poco menos de la mitad de la masa de la partícula Upsilon 4S, Υ (4S), lo que le pasa a decaer en un B d - B d par.
Por lo tanto, por el poder de resonancias , que pueden colisionar electrones y positrones a producir una gran cantidad de upsilons, que a su vez la decadencia en que muchos de los mesones B.
Para la física sabor última década se centró en torno a estos ' B fábricas , " sobre todo el detector BaBar en SLAC y Belle en Japón. BaBar desde entonces se ha retirado, mientras que Belle se está haciendo de "Super Belle".
Para el mientras tanto, el actual abanderado de B-física es LHCb.
EL CDF Y LOS RESULTADOS LHCB: B S → MU MU
Resulta que hay interesantes cambiar el sabor de efectos, incluso sin tener en cuenta mesón de mezcla, sino más bien en la desintegración del mesón B en sí. Por ejemplo, podemos modificar el diagrama anterior para estudiar la desintegración de un B s mesón en un muón / anti-muón par:
Esto es todavía un deterioro sabor de cambio desde la extrañeza neto (1) e inferior-ness (-1) no se conserva, pero tenga en cuenta que el sabor de leptones es conservada desde el muón / anti-muón par no tienen número de muones red. (A modo de ejercicio: intente dibujar los diagramas que contribuyen, el truco es que usted necesita W bosones a cambio de sabor.)
También se puede sustituir por los electrones o los muones taus, pero los que se descompone son mucho más difíciles de detectar experimentalmente.
Como regla del pulgar de muones son partículas muy bueno estado final, ya que hacen todo el camino a través del detector, y una tiene una oportunidad decente en obtener buenas mediciones impulso.
Resulta que este deterioro es extremadamente rara.
Para la B s mesón, el Modelo Estándar predice una relación dimuon ramificación de alrededor de 3 × 10 -9 , lo que significa que un B s sólo decaerá en dos muones 0,0000003% de las veces ... claramente con el fin de medir con precisión la tasa real de una necesita producir una gran cantidad de mesones B.
De hecho, hasta hace poco, simplemente no tenía suficiente observó B mesón se desintegra para estimar incluso la verdadera tasa de dimuon decadencia.
El ' B las fábricas de la década pasada sólo fueron capaces de poner límites máximos de este tipo.
De hecho, esta decadencia es una de las principales motivaciones para LHCb, que fue diseñado para ser el primer experimento que sería lo suficientemente sensible como para sondear el tipo de modelo de descomposición de estándar.
(Esto significa que si la tasa de descomposición se encuentra en por lo menos en la tasa de Modelo Estándar, entonces LHCb lo verán.)
La excelente noticia de la FCD la semana pasada fue que-por el momento-que apareció por primera vez haber sido capaz de establecer una baja para la tasa de descomposición de la B dimuon s mesón.
(El B dmesón tiene un índice de caries más pequeñas y CDF no pudo establecer un límite inferior).
El límite inferior es estadísticamente consistente con el tipo de modelo estándar, pero la tasa propuesto ("valor central") fue de 1,8 x 10 -8 .
Si esto es cierto, entonces sería una señal muy fuerte de una nueva física más allá del Modelo Estándar. El rango de nivel de confianza del 90% de la FCD es:
4,6 x 10 -9 s → μ + μ - ) <3,9 x 10 -8 .
Desafortunadamente, el nuevo resultado de hoy de LHCb no se detectó un exceso con el que podría establecer un límite inferior y sólo podría establecer un nivel de confianza del 90% el límite superior,
BR (B s → μ + μ - ) <1,3 x 10 -8 .
Esto se reduce a 1,2 × 10 -8 si se incluyen los datos de 2010.
De los límites aún no están en desacuerdo unos con otros, pero muchas personas esperaban que LHCb habría sido capaz de confirmar el exceso de CDF en los eventos dimuón.
El análisis de los dos experimentos parecen ser bastante similares, por lo que no hay margen de maniobra demasiado a pensar que los diferentes resultados que acaba de llegar de diferentes experimentos.
Más datos se aclare la situación, LHCb debe acumular datos suficientes para probar relaciones de ramificación hasta la predicción del modelo estándar
de 3 × 10 -9 .
Desafortunadamente CDF no será capaz de alcanzar esa sensibilidad.
NUEVA FÍSICA EN LOS BUCLES
Ahora que estamos al día con el estado experimental de B s → μμ, vamos a averiguar por qué es tan interesante desde el punto de vista teórico.
Una cosa que usted puede haber notado a partir de la "caja"diagramas de Feynman de arriba es que implican un circuito cerrado.
Una cosa interesante sobre circuitos cerrados en los diagramas de Feynman es que se puede probar la física a energías mucho más altas que un ingenuo podría esperar.
La razón de esto es que las partículas se ejecuta en el circuito no tiene sus momentos fijos en términos de los momentos de las partículas externas. Esto se puede ver por sí mismo mediante la asignación de cantidades de movimiento (los llaman p 1 , p 2 , ..., etc) para cada línea de las partículas y (siguiendo las reglas habituales de Feynman) imponer la conservación del momento en cada vértice.
Usted encontrará que hay un impulso sin restricciones que da la vuelta al circuito.
Debido a que este impulso no se especifica, las leyes de la física cuántica dice que hay que sumar las contribuciones de todos los momentos posibles.
Así, resulta que a pesar de que el B s mesón de masa es de alrededor de 5 GeV, la decadencia dimuon es sensible a las partículas que son cien veces más pesado.
Tenga en cuenta que a diferencia de otros procesos donde se estudia una nueva física de la producción directamente y ver que la decadencia, en los diagramas de circuito de bajo consumo energético un sólo intuye la presencia de nuevas partículas a través de sus efectos virtuales (de interferencia cuántica).
Voy a dejar los detalles para otro momento, pero aquí hay algunos hechos que usted puede asumir que por el momento:
- Diagramas de bucle pueden ser sensibles a las nuevas partículas pesadas a través de la interferencia cuántica.
- Procesos que sólo se producen a través de diagramas de circuito son a menudo reprimidas. (Esto es en parte por qué el Modelo Estándar de ramificación relación de B s → μμ es tan pequeño.)
- En el modelo estándar, todos los cambios de las corrientes de sabor neutro (FCNC)-es decir, todos los procesos de cambio de sabor, cuyos estados intermedios no llevan carga eléctrica neta, sólo se producen a nivel de circuito. (Recordemos que el cargadas eléctricamente W bosones puede cambiar el sabor, pero la eléctricamente neutro Z bosones no puede. Del mismo modo, tenga en cuenta que no hay manera de sacar un B s → diagrama μμ en el modelo estándar, sin incluir un bucle).
- Así, los procesos con un sabor de cambio neutro (como el B s → μμ) son lugares fructíferos para buscar los efectos la nueva física que sólo aparecen a nivel de circuito. Si hubiera un nivel no-loop ("nivel de árbol") la contribución del modelo estándar, entonces los nuevos efectos inducidos en bucle física tiende a ser ahogado, porque son sólo pequeñas correcciones al resultado de árboles a nivel. Sin embargo, dado que no hay FCNCs en el Modelo Estándar, la contribución nueva física tienen una "lucha contra el cambio 'a tener un gran efecto en relación con el resultado del Modelo Standard.
- Semi-técnico observación, para los expertos: en efecto, de B s → μμ los diagramas del Modelo Standard, además, son reprimidos por una supresión de GIM (como es el caso de FCNCs), así como la supresión de helicidad (el mesón B es un pseudoescalar, por lo que a la final estados requieren una inserción masiva de muones).
Por lo que el remate es que B s → μμ es un lugar muy fértil para la esperanza de ver alguna desviación de la relación de Modelo Estándar de ramificación debido a la nueva física.
LA INTRODUCCIÓN DEL PINGÜINO
Sería negligente si no mencionara el "diagrama de pingüinos" y su papel en la física. Usted puede aprender acerca de los pingüinos etimología tonto en su artículo de la Wikipedia, basta para mí 'wow' que con una foto de un documento autógrafo de uno de los progenitores de los pingüinos:
Una copia de la original "pingüino" de papel, autografiado por John Ellis.
La idea principal es que los diagramas de pingüinos sabor de cambio de los lazos que involucran a dos fermiones y bosones indicador neutral.
Por ejemplo, la b → s pingüino toma la forma (no, no se parece mucho a un pingüino)
Usted debe haber adivinado que en el Modelo Estándar, la línea ondulada en la parte superior tiene que ser una W boson para que la línea de fermiones para cambiar sabores.
El fotón también podría ser un Zbosón, gluón, o incluso un bosón de Higgs.
Si permitimos que el bosón de la corrupción en un par de muones, se obtiene un diagrama que contribuye a B s → μμ.
Un poco de intuición de por qué los pingüinos toma esta forma particular: como se mencionó anteriormente, cualquier transición de cambio de sabor neutro en el modelo estándar requiere un bucle.
Así que empezamos dibujando un diagrama con una W de bucle. Esto está bien, sino porque el b quark es mucho más pesado que els quark, el diagrama no conservar la energía.
Tenemos que tener una tercera partícula que se lleva la diferencia de energía entre la b y la s , lo que permite el bucle para que emita un bosón de calibrador.
Y así tenemos el diagrama anterior.
Por lo tanto, además de los diagramas de caja por encima, hay diagramas de pingüinos que contribuyen a B s → μμ.
Como un buen ejercicio "deberes", puede intentar la elaboración de todos los pingüinos que contribuyen a este proceso en el Modelo Estándar.
(La mayoría del trabajo es volver a etiquetar los diagramas de diferentes estados internos.)
Nota, 6 / 23: mi colega Monika expresó que es irónico que llame la b, s, de fotones de pingüinos ya que este pingüino no contribuye efectivamente a la decadencia dimuon!
(Para los expertos: la razón es la identidad.)
LA SUPERSIMETRÍA Y LA B S → MU MU PINGÜINO
Por último, me gustaría dar un ejemplo de un escenario de una nueva física en la que se espera que los pingüinos que contiene nuevas partículas dan una gran contribución a la B s → μμ relación de ramificación.
Resulta que esto ocurre con bastante frecuencia en los modelos de supersimetría o, más generalmente, "dos modelos de Higgs doblete.
Si ninguna de estas palabras significa nada para ti, entonces todo lo que tienes que saber es que estos modelos no tienen sólo una, sino dos independientes partículas de Higgs que obtener por separado los valores esperados de vacío (vevs).
El remate es que no es un parámetro libre en las teorías de este tipo se llama β bronceado que mide la relación de los dos vevs, y que para grandes valores de β bronceado, el B s → μμ relación de ramificación es como sigue (β tan) 6 ... lo que puede ser bastante grande y puede enana la contribución del Modelo Standard.
En una nota un poco más técnico, no es a menudo muy bien explicado por qué esta relación de ramificación va como la sexta potencia de tan β, por lo que quería señalar esto para cualquier persona que tenía curiosidad.
Hay tres fuentes de β bronceado en la amplitud, todas estas aparecen
en el diagrama de Higgs neutros:
Cada punto azul es un factor de β bronceado.
Los acoplamientos de Yukawa en cada vértice de Higgs va como la masa
de los fermiones, dividido por el VEV Higgs. Para los quarks-abajo el tipo
y los leptones, esto le da un factor de m / v ~ ~ β β 1/cos bronceado
para β tan grande.
Un factor adicional de viene de la mezcla entre la s y b quarks, que también va como el acoplamiento de Yukawa.
(Este es el punto azul en la s piernas del quark.)
Por lo tanto uno tiene tres poderes del β bronceado en la amplitud, y por lo tanto las seis potencias de β tan en la relación de ramificación.
PUNTO DE VISTA
Mientras que el resultado fue un poco preocupante LHCb, podemos cruzar los dedos y la esperanza de que todavía hay un exceso que se descubrió en un futuro próximo.
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