Au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, les études de processus rares permettent aux scientifiques de déduire la présence de particules lourdes, y compris des particules non découvertes, qui ne peuvent pas être produites directement. On s’attend à ce que de telles particules existent au-delà du modèle standard et pourraient aider à expliquer certaines des énigmes de l’univers, telles que l’existence de la matière noire, les masses de neutrinos (particules insaisissables que l’on pensait à l’origine sans masse) et la matière de l’univers. asymétrie de l’antimatière.
L’un de ces processus est la désintégration rare des mésons B neutres en une paire de muons et d’antimuons : le cousin le plus lourd de l’électron apparié avec son antiparticule correspondante. Il existe deux types de mésons B neutres : le méson B0 est constitué d’un antiquark beauté et d’un quark down, tandis que pour le méson Bs le quark down est remplacé par un quark étrange. S’il n’y a pas de nouvelles particules affectant ces désintégrations rares, les chercheurs ont prédit que seul un méson Bs sur 250 millions se désintégrera en une paire muon-antimuon; pour le méson B0, le processus est encore plus rare, à seulement un sur 10 milliards.
Les scientifiques recherchent une confirmation expérimentale de ces désintégrations depuis les années 1980. Ce n’est que récemment, en 2014, que la première observation de la désintégration du Bs en muons a été rapportée dans une analyse combinée des données prises par les collaborations LHCb et CMS, confirmée plus tard par les expériences ATLAS, CMS et LHCb individuellement. Cependant, la désintégration B0 échappe encore à toute tentative de l’observer.
En utilisant les données du Run 2 du LHC, l’expérience CMS a publié une nouvelle étude du taux de désintégration et de la durée de vie de la désintégration du méson Bs, ainsi qu’une recherche de la désintégration B0. La nouvelle étude, présentée à la Conférence internationale sur la physique des hautes énergies (ICHEP), bénéficie non seulement d’une grande quantité de données analysées, mais également d’algorithmes avancés d’apprentissage automatique qui distinguent les événements de désintégration rares du contexte écrasant d’événements produits par des millions de personnes. de collisions de particules par seconde.
Les résultats ont révélé un signal très clair de désintégration du méson Bs en une paire muon-antimuon. La précision de la mesure du taux de décroissance dépasse celle obtenue lors des mesures précédentes dans d’autres expériences.
Le taux de décroissance observé de Bs, trouvé à 3,8 ± 0,4 parties sur un milliard, et sa mesure de durée de vie de 1,8 ± 0,2 picosecondes (une picoseconde est un billionième de seconde), sont très proches des valeurs prédites par le modèle standard.
Quant à la désintégration de B0, bien qu’aucune preuve n’en ait été trouvée à partir de ces résultats, les physiciens peuvent affirmer avec une confiance statistique de 95% que son taux de désintégration est inférieur à 1 partie sur 5 milliards.
Ces dernières années, un certain nombre d’anomalies ont été observées dans d’autres désintégrations rares du méson B, avec des écarts entre les prédictions théoriques et les données, indiquant l’existence potentielle de nouvelles particules. Le nouveau résultat de CMS est beaucoup plus proche des prédictions théoriques que ces autres désintégrations rares et pourrait donc aider les scientifiques à comprendre la nature des anomalies.
Les désintégrations rares des mésons B continuent d’intéresser les scientifiques. La désintégration du méson Bs en muons étant solidement établie et mesurée avec une grande précision, les scientifiques se tournent maintenant vers le prix ultime : la désintégration B0. Avec de grands ensembles de données attendus de la phase 3 du LHC, ils espèrent avoir un premier aperçu de ce processus extrêmement rare et en savoir plus sur les anomalies déroutantes.
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