Model-independent measurement of the transversity amplitudes of the B0→K∗0μ+μ− decay
Utilizando 8.4 fb−1 de datos de LHCb, este estudio presenta una medición independiente del modelo de las amplitudes de transversalidad de B0→K∗0μ+μ− mediante polinomios de Legendre, revelando desviaciones significativas en el coeficiente de Wilson $C_9 con respecto a las predicciones del Modelo Estándar que ayudan a desenredar los efectos hadrónicos de una potencial nueva física.
Autores originales: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, S. Akar, K. Akiba, H. Al Saleh, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, Z. Amos, L. An, L. Anderlini, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, M. Bai, Z. B. Bai, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, W. Barker, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Baron, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, I. Belyaev, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, J. L. M. Berkey, R. Bernet, A. Bertolin, L. Bertsch, F. Betti, J. Bex, O. Bezshyyko, S. Bhattacharya, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, C. Bolognani, R. B. Bonacci, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, E. Bottalico, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, J. D. Brandenburg, A. Brea Rodriguez, N. Breer, C. Breitfeld, J. Brodzicka, J. Brown, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, C. Burr, C. Buti, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, L. Calefice, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, A. Campomagnani, A. C. Campos, A. F. Campoverde Quezada, Y. Cao, S. Capelli, M. Caporale, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, A. Casais Vidal, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, I. Celestino, S. Cesare, A. J. Chadwick, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, G. Chizhik, V. Chobanova, A. Christakakis, M. Chrzaszcz, Y. Chu, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, A. Codovini, C. Codovini, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, J. Connaughton, A. Contu, N. Cooke, G. Cordova, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, G. C. Costantino, C. Cotirlan, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, N. Crepet, M. Cruz Torres, M. Cubero Campos, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, G. Darze, A. Davidson, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, F. De Gregorio, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, A. De Robertis, E. De Santis, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, B. Demaire-Lepape, J. Deng, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, J. F. Diverchy, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, J. Dorta Moreno, A. C. dos Reis, J. Dos Santos Oliveira, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, K. Duwe, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, F. Fassin, D. Fazzini, L. Felkowski, C. Feng, M. Feng, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, B. Fernandez Rodino, J. Fernandez-John, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, R. A. Fini, R. Fiorenza, M. Fiorini, M. Firlej, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, M. Fontes Vaz, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Y. Fu, Q. Führing, T. Fulghesu, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, M. A. Giza, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, L. Golinka-Bezshyyko, E. Golobardes, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, A. G. Gomez Mongui, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, M. Goncerz, G. Gong, S. Gong, J. A. Gooding, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, R. Grande Quartieri, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, Q. Han, S. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. J. Harris, L. Hartman, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, N. Heatley, A. Hedes, F. Hemmer, C. Henderson, R. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Heyn, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, D. C. Houston, N. Howarth, W. Hu, X. Hu, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, S. Jacevicius, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, S. Kholodenko, V. Kholoimov, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, A. Kupsc, A. Kurzina, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, L. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, W. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, J. Lin, S. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, I. Lobo, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, F. C. L. Lopes, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, C. Lopez Iribarnegaray, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, M. Lupberger, E. Luppi, K. Lynch, J. Lyu, S. Lyu, X. -R. Lyu, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. M. Manganella, R. Mangrulkar, D. Manuzzi, S. Mao, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, C. Martinez, A. Martinez Armas, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, L. Matzner, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, S. E. R. Medaer, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, N. Muangkod, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, J. Nombela Royo, C. Normand, A. Novo Cal, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, L. Palini, L. Palombini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, X. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, A. Perez Casas, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, A. Petkovic, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. Pietrzyk, R. N. Pilato, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, A. Puicercus Gomez, G. Punzi, J. R. Pybus, Q. Qian, W. Qian, N. Qin, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, B. Rachwal, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, G. Ramsey, M. S. Rangel, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, M. Ribalda Galvez, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, F. Riehn, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, A. Romano, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, W. Rose, M. Rotondo, M. S. Rudolph, M. Ruiz Diaz, J. Ruiz Vidal, J. Ruz Armendariz, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, N. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, H. Schumacher, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. 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Imagina el universo como una gigantesca cocina cósmica donde las partículas son los ingredientes. Durante décadas, los físicos han seguido un libro de recetas muy estricto llamado el Modelo Estándar. Este libro nos dice exactamente cómo las partículas deben mezclarse, bailar y transformarse unas en otras. Ha sido una receta perfecta durante mucho tiempo, prediciendo casi todos los platos que el universo sirve. Pero recientemente, los chefs han notado algo extraño sucediendo en un rincón específico de la cocina: un proceso raro donde una partícula pesada llamada mesón B se desintegra en una más ligera y un par de muones (que son como primos pesados de los electrones). Según el libro de recetas, este baile debería ocurrir con un ritmo muy específico. Sin embargo, cuando los científicos observan a las partículas bailar, ven algunos pasos que no encajan del todo con la música. Es como si los bailarines estuvieran ligeramente fuera de sincronía con el director de la orquesta. Esto ha desatado un gran misterio: ¿está mal el libro de recetas, o hay un ingrediente oculto que no hemos tenido en cuenta todavía? Este es el escenario donde un nuevo equipo de científicos del experimento LHCb en el CERN interviene para investigar.
Este artículo es como una repetición de alta definición y en cámara lenta de ese extraño baile, pero con un giro. En lugar de solo observar el baile en bloques amplios y borrosos, los científicos decidieron filmar cada fotograma sin detenerse. Observaron la desintegración del mesón B en un mesón K estrella y dos muones, utilizando una enorme cantidad de datos recolectados al hacer chocar protones a velocidades increíbles. La clave de su investigación fue un enfoque "independiente del modelo". Usualmente, los científicos intentan ajustar los datos a una teoría preexistente, como intentar forzar una pieza cuadrada en un agujero redondo. En su lugar, estos investigadores utilizaron una herramienta matemática llamada polinomios de Legendre (piensa en ellos como un conjunto de reglas flexibles y onduladas) para describir la forma del baile exactamente como apareció, sin forzarlo a parecerse a nada que esperaran. Se centraron en un rango específico de energía, entre 1.1 y 8.0 GeV²/c⁴, que es el punto ideal entre otras dos resonancias de partículas conocidas donde la acción es más interesante.
Los resultados de este análisis de "cámara lenta" son bastante emocionantes. Cuando reconstruyeron los movimientos de baile con sus reglas flexibles, descubrieron que el ritmo de los muones no coincidía con la predicción del Modelo Estándar. Específicamente, midieron una cantidad relacionada con las "amplitudes de transversalidad" (que describen cómo las partículas giran y se orientan durante la desintegración) y encontraron desviaciones. Cuando tradujeron estas desviaciones al lenguaje de los "coeficientes de Wilson" (que son como las perillas de una máquina que controlan qué tan fuertes son ciertas fuerzas), encontraron que la perilla de una fuerza específica, llamada C9, estaba girada significativamente lejos de donde el Modelo Estándar decía que debería estar. El artículo establece que esta desviación está entre 4.3 y 4.8 desviaciones estándar (σ) de lejos del valor esperado. En el mundo de la física de partículas, un resultado de 5 sigma es usualmente el estándar de oro para un "descubrimiento", así que aunque aún no estamos ahí, es un indicio muy fuerte —como un pitido fuerte y persistente de un detector de humo que sugiere que definitivamente algo anda mal con el cableado.
Los científicos también comprobaron si esta extrañeza podría explicarse por las interacciones desordenadas y complejas de las propias partículas (conocidas como efectos hadrónicos) en lugar de nueva física. Al medir las amplitudes directamente sin asumir un modelo específico, demostraron que este enfoque permite separar el "ruido" de las interacciones de las partículas del posible signo de nueva física. Encontraron que, incluso con sus mediciones cuidadosas, la discrepancia persiste. Probaron diferentes formas de segmentar los datos (esquemas de binning), y en las secciones más detalladas, la desviación se hizo aún más fuerte, alcanzando los 4.8σ. Esto sugiere que cuanto más precisamente miramos, más parece que el baile está fuera de paso con la vieja receta.
En resumen, este artículo no afirma haber encontrado una nueva partícula o una nueva fuerza todavía. En su lugar, proporciona el mapa más preciso, flexible y libre de modelos de esta desintegración de partículas específica jamás realizado. Confirma que las "anomalías de sabor" (los extraños pasos de baile) son reales y persistentes, y ofrece a la comunidad científica una nueva herramienta poderosa para descubrir si el universo está escondiendo un nuevo ingrediente en su libro de recetas o si la vieja receta solo necesita un ajuste muy cuidadoso y complejo. Los autores concluyen que, con más datos y mejores herramientas teóricas, este enfoque será crucial para resolver el misterio de por qué las partículas del universo están bailando al ritmo de un compás ligeramente diferente.
Resumen Técnico: Medición independiente del modelo de las amplitudes de transversidad de la desintegración B0→K∗0μ+μ−
Problema y Motivación
Las corrientes neutras que cambian el sabor están suprimidas en el Modelo Estándar (SM), lo que convierte a procesos como las transiciones b→sℓ+ℓ− en sondas sensibles para la Nueva Física (NP). Mediciones recientes de las fracciones de ramificación y de los observables angulares en las desintegraciones B0→K∗0μ+μ− han revelado tensiones con las predicciones del SM, conocidas colectivamente como anomalías de sabor. Estas discrepancias, observadas a niveles de 3.6 a 4.1 desviaciones estándar en canales específicos, sugieren contribuciones potenciales de NP o efectos hadrónicos del SM no contabilizados.
Un desafío crítico en la interpretación de estas anomalías es distinguir entre las contribuciones de NP de distancia corta y los efectos hadrónicos de distancia larga, que exhiben dependencias diferentes de la masa invariante de los dileptones al cuadrado, q2. Los análisis previos a menudo dependieron de descripciones dependientes del modelo de la dependencia de q2 para separar estas contribuciones. Sin embargo, la precisión de las contribuciones de distancia larga en tales modelos sigue siendo objeto de debate teórico. En consecuencia, existe la necesidad de un enfoque independiente del modelo que mida las amplitudes de desintegración directamente desde los datos sin depender de predicciones teóricas externas o de la separación explícita de las contribuciones de distancia corta y larga. Esto permite una descripción continua de los observables angulares como una función de q2, mejorando la sensibilidad a la dependencia específica de q2 de una potencial NP.
Metodología
Este artículo presenta un análisis de amplitud no agrupado (unbinned) de la desintegración B0→K∗0(→K+π−)μ+μ− utilizando datos de colisiones protón-protón registrados por el experimento LHCb. El conjunto de datos corresponde a una luminosidad integrada de 8.4fb−1 recolectada a energías de centro de masa de 7, 8 y 13 TeV. El análisis se centra en la región de q2 de 1.1<q2<8.0GeV2/c4, situada entre las resonancias ϕ y J/ψ para evitar regiones donde las amplitudes varían rápidamente y son difíciles de modelar.
El núcleo de la metodología consiste en una parametrización de las amplitudes de desintegración independiente del modelo utilizando polinomios de Legendre. La tasa de desintegración diferencial se describe mediante cinco variables cinemáticas: la masa invariante al cuadrado del sistema Kπ, q2, y tres ángulos (θℓ,θK,ϕ). Las amplitudes de desintegración se construyen como combinaciones lineales de polinomios de Legendre de orden hasta tres:
A(q2)=α0L0(q2)+α1L1(q2)+α2L2(q2)+α3L3(q2)
donde αi son componentes de la amplitud complejos. Esta elección aprovecha la ortogonalidad de los polinomios de Legendre para reducir las correlaciones entre los componentes de la amplitud, mejorando la estabilidad del ajuste en comparación con parametrizaciones empíricas previas.
El análisis trata las partes real e imaginaria de los componentes de la amplitud como los parámetros de ajuste, evitando discontinuidades en la dependencia de q2. Se aplica una condición de fijación de base para resolver las simetrías continuas en la tasa de desintegración diferencial, dejando un conjunto único de amplitudes. La contribución de la onda S se trata como un parámetro de molestia (nuisance parameter), modelado como una función uniforme en q2, ya que su impacto es insignificante en comparación con las incertidumbres estadísticas.
La selección de la señal implica una identificación de partículas estricta, requisitos topológicos y el uso de clasificadores de Árbol de Decisión Potenciado (BDT) para suprimir los fondos, incluyendo hadrones mal identificados, fondos de pico de B0→K∗0J/ψ y fondos combinatorios. Se realiza un ajuste de máxima verosimilitud extendido no agrupado simultáneamente sobre la masa invariante y las cuatro variables angulares. La función de densidad de probabilidad (PDF) de la señal incorpora la tasa de desintegración diferencial tetradimensional multiplicada por una función de aceptación tetradimensional, modelada como un producto de polinomios de Legendre.
Contribuciones Clave
- Primera Medición de Amplitud Independiente del Modelo: Este trabajo proporciona la primera medición de las amplitudes de transversidad de B0→K∗0μ+μ− de una manera independiente del modelo utilizando polinomios de Legendre sobre el rango de q2 especificado.
- Dependencia Continua de q2: Al evitar el agrupamiento (binning) en q2 para la extracción de la amplitud, el análisis permite construir los observables angulares como funciones continuas de q2. Esta flexibilidad es crucial para análisis globales y para probar las predicciones teóricas respecto a la dependencia de q2 de los efectos hadrónicos frente a la NP.
- Observables Promediados por CP: La medición se realiza sobre conjuntos de datos combinados de B0 y Bˉ0, produciendo observables promediados por CP.
- Manejo de la Incertidumbre Sistemática: El análisis incluye una evaluación exhaustiva de las incertidumbres sistemáticas, particularmente aquellas relacionadas con las correcciones cinemáticas y de disparador (trigger), que se encuentran como las fuentes dominantes de error sistemático.
Resultados
El ajuste produce los componentes de la amplitud y sus correlaciones, que se utilizan para construir los observables angulares promediados por CP (Si y AFB).
- Observables: Los observables medidos, particularmente S5 y la asimetría de la corriente hacia adelante y hacia atrás (AFB), muestran desviaciones de las predicciones del SM calculadas utilizando el paquete
flavio. - Coeficientes de Wilson: Interpretando los resultados dentro del marco de
flavio, el análisis restringe el coeficiente de Wilson efectivo C9.- Utilizando el esquema de agrupamiento base (similar a los análisis anteriores de LHCb agrupados), la desviación del coeficiente de Wilson C9 de su expectativa del SM se encuentra en 4.3σ.
- Cuando se utilizan bins de q2 más estrechos (un cuarto del tamaño de los bins base) para construir los observables, la sensibilidad aumenta y la desviación sube a 4.8σ.
- Consistencia: Los resultados para los observables angulares están en buen acuerdo con el análisis angular agrupado más reciente de LHCb, validando el enfoque independiente del modelo.
Significancia
El artículo afirma que este enfoque independiente del modelo permite realizar pruebas robustas de las predicciones teóricas, ayudando a desenredar los efectos hadrónicos de las posibles contribuciones de la física más allá del Modelo Estándar. La observación de desviaciones en C9 al nivel de 4.3σ a 4.8σ refuerza la existencia de anomalías de sabor en las transiciones b→sℓ+ℓ−. Los autores afirman que, a medida que las predicciones teóricas mejoren y haya conjuntos de datos más grandes disponibles, este enfoque basado en amplitudes proporcionará una comprensión más profunda del origen de estas anomalías, permitiendo potencialmente mediciones más precisas de la onda S, las asimetrías de CP y las amplitudes escalares en el futuro.
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Utilizado por investigadores de Stanford, Cambridge y la Academia Francesa de Ciencias.
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