I fisici dell'esperimento LHCb del CERN hanno trovato la prima prova di un decadimento di particella che avviene circa una volta ogni 10 miliardi di casi, chiudendo una ricerca iniziata nel 1984.
Un ago in 10 miliardi di pagliai
Il decadimento è scritto B0 in due muoni: un mesone B0, una particella di breve vita contenente un quark beauty, si trasforma in una coppia di muoni, i cugini più pesanti dell'elettrone. Il Modello Standard prevede che ciò avvenga circa una volta ogni 10 miliardi di decadimenti B0.
L'esperimento CLEO stabilì il primo limite superiore sul tasso nel 1984. Da allora generazioni di rivelatori hanno cercato. I quark beauty sono prodotti in grandi quantità nelle collisioni dell'LHC ma sopravvivono solo circa 1,5 trilionesimi di secondo, quindi il segnale deve essere estratto da un enorme fondo.
Tre sigma, non cinque
Il risultato ha una significatività statistica di 3,2 sigma. Questo conta come prova ma è al di sotto dei cinque sigma che la fisica delle particelle richiede prima di parlare di scoperta.
Solo nei nuovi dati, il team ha misurato la frazione di decadimento a circa 1,26 per 10 miliardi di decadimenti, con un'incertezza statistica di circa 0,5. La collaborazione ha anche riportato misurazioni migliorate del correlato decadimento B0s in due muoni. L'articolo è in corso di pubblicazione su Physical Review X.
Perché è importante
I decadimenti rari sono sensibili a particelle che nessuno ha visto. Una nuova fisica che si accoppia ai quark beauty sposterebbe il tasso rispetto alla previsione del Modello Standard. Finora la misurazione concorda con la previsione, il che è utile di per sé: vincola i modelli che si aspettavano un effetto maggiore.
Un membro della collaborazione ha descritto la precisione come bussare alla porta dello Zeptoverso. Più dati dall'aggiornamento High-Luminosity dell'LHC dovrebbero spingere la misurazione oltre i cinque sigma e restringere le barre d'errore.
Il risultato mostra anche quanto si sia mosso il campo da quando è iniziata la ricerca. Nel 1984 la domanda era se un tale decadimento esistesse affatto. Ora la domanda è se il suo tasso corrisponda alla teoria fino alla seconda cifra decimale, ed è lì che apparirebbero i segni di nuove particelle.