Atualização da medida de assimetria de múons de mesmo sinal

Essa semana o D0 publicou a atualização da medida da assimetria de múons de mesmo sinal com de luminosidade integrada. Eu fiz um post rápido quando o resultado com foi publicado, mas talvez agora eu possa falar um pouco mais.

Measurement of the anomalous like-sign dimuon charge asymmetry with 9 fb^-1 of p pbar collisions

O interesse da medida

Muitas coisas decaem em múons. Eventos com dois múons de mesmo sinal, contudo, são mais raros. Um dos processos que geram múons de mesmo sinal é através da produção de quarks . No Tevatron, o estado final de quarks b mais comum é junto com sua antipartícula: um par . Na verdade, como quarks livres não existem normalmente por aí, eles se apresentam hadronizados no estado final, i.e., eles se juntam a outros quarks para formar mésons ou, mais raramente, bárions.

Dois estados finais são interessantes nessa medida: o que ocorre quando os quarks b se juntam a quarks s e o que ocorre quando eles se juntam a quarks d. A vida média desses mésons é curta e eles podem decair em múons. Como decaimento do quark b é muito mais rápido que o dos quarks leves, é ele que determina a carga a carga dos múons no estado final. Isso quer dizer, que o (onde ou ) decai para e o decai para . Ou seja, se os dois mésons decairem diretamente para para múons, serão múons de sinais opostos que serão detectados.

Contudo, no modelo padrão, os mésons e oscilam. Esse é um efeito quântico cuja origem está nos termos não diagonais da matrix de CKM. Isso quer dizer que há uma probabilidade não nula do se tornar um e daí decair (ou vice-versa). Quando isso acontece, o estado final tem dois múons de mesmo sinal.

A assimetria que é medida é o excesso relativo de eventos com dois em relação aos eventos com dois . Se a oscilação fosse tão provável quanto a , a assimetria seria zero. No entanto, isso não é verdade. Há o que, no jargão, chama-se violação de CP. As oscilações tem amplitude diferente dependendo da direção.

Resultados

Como tanto mésons quando são produzidos, tudo que é possível fazer é medir uma relação entre as assimetrias que vem de cada um deles. Nessa última medida, contudo, devido a maior quantidade de eventos, foi possível separar os dados em dois grupos: múons que são produzidos perto da interação principal e múons que são produzidos distantes. Fazer essa separação é bom por duas razões (veja, por exemplo, Background check for anomalous like-sign dimuon charge asymmetry para uma discussão interessante em como se motiva essa separação).

Primeiro, a maior parte do eventos falsos que se parecem com decaimentos de dois mésons B tem pequeno parâmetro de impacto. Em geral, são partículas que foram produzidas na interação principal do próton e antipróton, deveriam ter sido absorvidas por algum detector no meio do caminho, mas não foram. Um background grande nessa medida são os mésons K. Como o D0 não tem um detector específico para identificação de partículas, e como o interage com o detector diferentemente do , esse termina sendo um background bem grande, diminuindo a sensitividade do experimento.

Mas o que talvez é mais interessante é que a fração de e muda com o parâmetro de impacto, já que os comprimentos de oscilação são diferentes. Isso permite fazer duas medidas independentes das relações entre as assimetrias e daí medi-las individualmente. O resultado está no gráfico abaixo:

Aquele ponto marcado “SM” é a previsão do Modelo Padrão e ela está a “” do valor medido. Em breve, o LHCb deve publicar o resultado da medida dessas assimetrias. Eles decidiram medi-las de outra forma, tornando a comparação mais interessante ainda.