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Dando mole…

segunda-feira, 14 fev 2011; \07\UTC\UTC\k 07 Deixe um comentário Go to comments

Como é que se põe aquele iconezinho bacana de Research Blogging quando se vai falar de um artigo, hein? (Ah! Tem que se registrar na página deles, esperar autorização, bla bla bla…muito chato. Esse é um post sobre um artigo, precisa saber um pouquinho de mecânica quântica para entender, mas só um pouquinho.)

Eu estava lendo esse post no blog do Dorigo:

LHCb observes B_s decays to J/\psi\; f_0 pairs

sobre o mais novo paper do LHCb. O LHCb, embora não seja tão comentado quanto o CMS e o Atlas, é um detector presente num ponto de interação do LHC. O Dorigo, no post linkado acima, fala um pouco sobre o detector. Então, se você quer saber um pouco mais sobre ele, vai lá dar uma olhada.

O artigo discutido em questão é esse aqui:

First observation of B_s^0 \rightarrow J/\psi\; f_0(980) decays (2011)

Sabe que em física tem essa coisa de que é importante ser o primeiro a observar alguma coisa e o LHCb faturou essa, mas porque o D0 e o CDF no Tevatron deram muito mole. Deixa eu tentar explicar o porquê. O B_s^0 é um desses mesons que não é um autovetor de CP e, por causa da violação de CP presente na natureza, oscila com o seu equivalente-CP \bar{B}_s^0 (equivalente-CP é uma forma meio boba de falar antipartícula, mas fica mais claro para o contexto aqui). Medindo essa oscilação pode-se comparar com a previsão do modelo padrão que é escrita em termos das componentes da matriz de CKM. A quantidade física interessante que é medida é a fase \phi_s de uma hamiltoniana efetiva para a oscilação desses dois autoestados:

i\frac{d}{dt}\begin{pmatrix}B_s\\ \bar{B}_s\end{pmatrix} = \left(M_s-\frac{i}{2}\Gamma_s\right)\begin{pmatrix}B_s\\ \bar{B}_s\end{pmatrix}

\phi_s = \arg\left(-M_{12}^s/\Gamma_{12}^s\right)

Se você diagonalizar essa matriz \left(M_s-\frac{i}{2}\Gamma_s\right) vai descobrir que a diferença nas larguras de decaimento de B_H e B_L (os autoestados físicos) é 2|\Gamma_{12}^s|\cos\phi_s e é basicamente essa diferença que se mede com algum decaimento em específico. O B_s^0 tem uma cacetada de canais de decaimento, como você pode ver nessa entrada do PDG. Outra coisa que você pode ver lá é que essa é uma partícula de momento angular 0, e isso vai ser mais importante adiante.

Tanto o D0 e o CDF mediram essa fase recentemente usando o decaimento B_s\rightarrow J/\psi\; \phi:

First Flavor-Tagged Determination of Bounds on Mixing-Induced CP Violation in B_s \rightarrow J/\psi\; \phi Decays (2007)

Measurement of B_s^0 mixing parameters from the flavor-tagged decay B_s^0 \rightarrow  J/\psi\; \phi (2008)

e, embora o resultado tenha sido um pouco acima do esperado pelo modelo padrão, as incertezas são tão grandes que ninguém realmente levantou da cadeira. As coisas ficaram um pouco mais excitantes quando o D0 mediu a assimetria de múons de mesmo sinal que está relacionado a essa fase e achou uma diferença estatisticamente mais significativa:

Evidence for an anomalous like-sign dimuon charge asymmetry (2010)

No Tevatron, a maioria dos quarks bottom são produzidos em par b\bar{b}. Vamos dizer que um desses b forme um méson \bar{B}_q e decaia em um \mu^-X e que o outro quarks \bar{b} forme o méson B_q que oscile para \bar{B}_q e decaia num múon de mesmo sinal. Como a diferença na largura de decaimento dos dois mésons depende da fase \phi_q (inclusive \phi_s), ela implica a assimetria:

{\mathcal A}=\frac{N^{++}-N^{--}}{N^{++}+N^{--}}\neq 0

Esse paper que foi brevemente mencionado aqui no AP chamou bastante atenção. O reboliço foi tanto que imagino que tanto o D0 quanto o CDF diminuiram a pre-escala do trigger de múons em baixa luminosidade para acumular mais eventos de decaimento de mésons de quark b. Com um bom sistema de tagging desses quarks, dá para isolar um monte desses eventos e, por exemplo, refazer essa medida da fase \phi_s usando decaimentos um pouco mais raros do que os usados antes.

Eu tenho certeza que tanto o D0 quanto o CDF tem um monte de eventos com o decaimento “descoberto” pelo LHCb gravados em seus discos. Apesar do decaimento para o f_0(980) ser, pelo resultado do LHCb, quatro vezes mais raro que para o \phi(1020), a análise dos dados é mais simples. Isso porque, se você for lá no PDG e der uma olhada no f_0(980) (PDG) você vai ver que ele é um estado de momento angular total 0, enquanto o \phi(1020) (PDG) tem momento angular 1. O J/\psi tem momento angular 1, isso quer dizer que o estado final com o \phi(1020) pode ter momento angular intrínsico de 0, 1 ou 2. Como o B_s tem momento angular 0, o momento angular orbital também será uma mistura de L=0, 1, 2. Já que P=(-1)^L, você pode ver que isso não é um autoestado de CP.

Então, para fazer a análise que depende de observar separadamente os decaimentos para cada autoestado de CP, precisa fazer uma análise angular separando as componentes de diferente momento angular do par \mu^+\mu^- que vem do J/\psi e do par K^+K^- do \phi. Isso é o que foi feito nas medidas do D0 e CDF e, em última análise, a razão da alta incerteza na medida. No caso do f_0(980), que tem momento angular 0, o momento angular intrínsico do produto é 1 e o momento angular orbital também o será, ou seja, é um estado CP-par. Isso quer dizer que os múons do J/\psi estão sempre com momento angular J,J_z=1,0 e não é necessário fazer tratamento angular nenhum (o decaimento do f_0(980) é mais elaborado porque, embora ele esteja abaixo do limite de massa para criação de um par K^+K^- e a maioria dos decaimentos seja para \pi^+\pi^-, essa é uma ressonância larga o suficiente para que a cauda de alta massa seja deformada).

Bem, a mensagem desse post é que agora o Tevatron não é mais o único jogador em campo e, se ficar bobeando com seus quase 10\, fb^{-1} de dados acumulados, os experimentos do LHC vão abocanhar até o que o D0 e o CDF já podiam ter observado antes.


Edit (15/02/2011): Hoje teve um outro paper sobre o mesmo assunto:

Observation of B_s^0 \rightarrow J/\psi\; f_0(980) and Evidence for B_s^0 \rightarrow J/\psi\; f_0(1370) (2011)

O mesmo decaimento discutido acima foi observado no detector BELLE do colisor e^+e^- KEKB (Tsukuba, Japão). Esse acelerador é sintonizado na massa de \Upsilon, nesse caso em específico o \Upsilon(10860), que decai copiosamente em mésons B. Esse tipo de acelerador é chamado, por causa disso, de fábrica de B. Outro grupo scooped pelo LHC.

Categorias:Ars Physica
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  1. domingo, 25 dez 2011; \51\UTC\UTC\k 51 às 10:52:43 EST

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