I fisici che lavorano all'esperimento LHCb del CERN hanno trovato l'evidenza di un decadimento di particella così raro che avviene circa una volta su 10 miliardi, chiudendo una ricerca che dura da oltre 40 anni.
Il risultato riguarda una particella beauty — un adrone di breve vita contenente un quark bottom — prodotta nelle collisioni ad alta energia di protoni all'interno del Large Hadron Collider. La collaborazione ha riportato l'osservazione questa settimana.
Perché vale la pena inseguire un decadimento raro
I decadimenti rari sono utili proprio perché sono rari. Nel Modello Standard, la probabilità di un dato decadimento può essere calcolata con elevata precisione. Se un esperimento misura un tasso diverso da quella previsione, la discrepanza indicherebbe particelle o forze non ancora osservate.
Trovare il decadimento al tasso atteso è quindi una verifica che il quadro standard sopravvive in un punto in cui avrebbe potuto cedere. Esclude inoltre una serie di modelli proposti che prevedevano un tasso diverso.
Come è stata effettuata la misura
Il rivelatore LHCb è progettato per identificare le particelle prodotte nelle collisioni di protoni e tracciarne le traiettorie su brevi distanze. Le particelle beauty decadono all'interno del rivelatore in una frazione di nanosecondo, quindi l'esperimento si basa su un tracciamento preciso e sull'identificazione delle particelle per ricostruire cosa è stato prodotto e come si è disintegrato.
Separare il segnale dal rumore di fondo ha richiesto l'analisi di un dataset molto ampio raccolto in diversi anni di attività. La collaborazione ha dichiarato che il risultato concorda con il Modello Standard e che la misura ora stabilisce limiti più stringenti su diverse classi di modelli di nuova fisica.
Cosa viene dopo
Il Large Hadron Collider sta entrando in un periodo di aggiornamenti volti ad aumentare il tasso di collisioni e il volume di dati registrati. Più dati permetteranno a LHCb di confermare l'osservazione e di misurare decadimenti correlati con maggiore precisione.
I fisici hanno a lungo previsto che la nuova fisica, se esiste a energie accessibili, si manifesterebbe prima nei processi fortemente soppressi nel Modello Standard. Finora queste ricerche hanno trovato concordanza anziché deviazione, il che è di per sé un risultato: indica ai teorici dove le nuove particelle non possono nascondersi.