Nuevo rumor en física de partículas. El análisis que publicará mañana en la conferencia Moriond la colaboración LHCb confirma, tras analizar 3 /fb de colisiones, la anomalía observada a 3,7 sigmas en la distribución angular de los cuatro productos de la desintegración B0 → K*0 μ+μ–, donde K*0(892) → K+π−, tras analizar 1 /fb de colisiones.
Muchos físicos interpretan esta anomalía como la primera señal firme de la existencia de física más allá del modelo estándar en la escala electrodébil. Por ahora debemos ser cautos. Te preguntarás, ¿qué nueva física explica dicha anomalía? Hay al menos 331 posibilidades (entre ellas diferentes modelos supersimétricos).
Por supuesto, saldremos de dudas sobre el rumor mañana viernes 20M (más conocido como el día del eclipse) a las 08:30 en la charla de Christoph Langenbruch (Univ. Warwick), “Latest results on rare decays from LHCb,” 50th Rencontres de Moriond EW 2015, La Thuile, Italia [slides ASAP]; las implicaciones teóricas respecto al modelo estándar nos las contará Joaquim Matias (Univ. Autónoma Barcelona), “B to K(*)mu+mu-: theory interpretation,” 50th R. Moriond EW 2015 [slides ASAP]. Recuerda que ASAP significa “as soon as possible” (pondré el enlace cuando estén disponibles las transparencias).
El artículo que descubrió la anomalía es LHCb Collaboration, “Measurement of form-factor independent observables in the decay B0→K∗0μ+μ−,” Phys. Rev. Lett. 111: 191801, 2013, doi: 10.1103/PhysRevLett.111.191801, arXiv:1308.1707 [hep-ex]. En el blog de Jester puedes leer “On the latest anomaly in LHCb,” Résonaances, 26 Aug 2013; y “Persistent trouble with bees,” Résonaances, 25 Feb 2015.
El bosón pseudoescalar B0 está formado por una pareja quark-antiquark de tipo down-antibottom (anti-b–d). El mesón vectorial K*0(892) está formado por una pareja de quark-antiquark de tipo down-antistrange (anti-s–d). Si se confirma la anomalía, la explicación más sencilla es que hay una partícula que produce el par muón-antimuón (μ–μ+) que media entre el los quarks anti-b y anti-s.
Por supuesto, también se observa la desintegración asociada en la que todas las partículas se cambian por sus correspondientes antipartículas (omito los detalles).
La desintegración B → K*μμ (omito superíndices para abreviar) es bastante rara; un mesón B se desintegra de esta manera una vez cada diez millones. Esta desintegración ha sido estudiada en los detectores de diferentes colisionadores (DZero y CDF en el Tevatrón, y ATLAS y CMS en el LHC) sin que se observara ninguna anomalía.
Sin embargo, LHCb ha realizado un análisis de los tres ángulos de emisión entre las cuatro partículas producidas (recuerda μ+ μ– K+ π−). Este tipo de análisis que permite LHCb no es nada fácil de realizar en otros detectores, por ello la anomalía ha sido observada en LHCb y no en los demás.
LHCb tras analizar 1 /fb de colisiones observó la anomalía respecto a la predicción del modelo estándar a 3,7 sigmas (en esta figura los datos en el rango 4,3≤ q² ≤ 8,7 GeV²).
Sin embargo, si se tiene en cuenta el efecto LEE (look-elsewhere effect) la significación se reduce a 2,5 sigmas (o incluso menos).
Por ello muchos teóricos esperan que LHCb confirme la anomalía con más de 5 sigmas (sin LEE) tras analizar 3 /fb de colisiones, de tal forma que incluso teniendo en cuenta el LEE la señal apunte a nueva física.
¿Qué puede dar lugar a esta anomalía?
La existencia de una partícula intermedia que sea responsable de la producción del par muón-antimuón. Hay cientos de alternativas.
Una posibilidad bastante atractiva es un bosón vectorial Z’ con una masa de unos 2 TeV (y que por tanto ha escapado a su búsqueda en CMS y ATLAS hasta el momento); más detalles en Rhorry Gauld, Florian Goertz, Ulrich Haisch, “An explicit Z’-boson explanation of the B->K*mu+mu- anomaly,” JHEP 1401: 069, 2014, doi:10.1007/JHEP01(2014)069, arXiv:1310.1082 [hep-ph]. Pero hay tantas alternativas que decantarse por una ahora mismo es muy aventurado.
El lagrangiano del modelo estándar sólo incluye operadores con dos fermiones. Se espera que todo modelo de física más allá del modelo estándar se pueda aproximar por una teoría efectiva que añada a éste operadores con cuatro o con seis fermiones. Hay muchísimos modelos con cuatro fermiones que explican la desintegración anómala de bosones B observada por LHCb.
Sin más datos es imposible decantarse por ninguno.
En resumen, mañana sabremos algo más, pero lo que no debemos olvidar es que la nueva física se nos mostrará en pequeñas anomalías que irán creciendo poco a poco.
Pequeñas señales que apuntarán a no se sabe muy bien qué, pero que serán el primer indicio de algo más.
Nadie debe esperar que la nueva física entre como un elefante arrasando en una cacharrería.
