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Atualização da medida de assimetria de múons de mesmo sinal

domingo, 3 jul 2011; \26\UTC\UTC\k 26 Deixe um comentário Go to comments

Essa semana o D0 publicou a atualização da medida da assimetria de múons de mesmo sinal com 9\, fb^{-1} de luminosidade integrada. Eu fiz um post rápido quando o resultado com 6.1\, fb^{-1} 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 b. No Tevatron, o estado final de quarks b mais comum é junto com sua antipartícula: um par b\bar{b}. 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 B_s\bar{B}_s que ocorre quando os quarks b se juntam a quarks s e o B_d\bar{B}_d 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 B_q (onde q=s ou d) decai para \mu^+ e o \bar{B}_q decai para \mu^-. 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 B_q e \bar{B}_q 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 B_q se tornar um \bar{B}_q 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 \mu^+ em relação aos eventos com dois \mu^-. Se a oscilação B\rightarrow \bar{B} fosse tão provável quanto a \bar{B}\rightarrow B, 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 B_d quando B_s 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 K^+ interage com o detector diferentemente do K^-, esse termina sendo um background bem grande, diminuindo a sensitividade do experimento.

Mas o que talvez é mais interessante é que a fração de B_s e B_d 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 “4.2 \sigma” 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.

Categorias:Ars Physica
  1. domingo, 3 jul 2011; \26\UTC\UTC\k 26 às 16:47:29 EST

    Essa medida favorece algum modelo específico para violação CP?

    • domingo, 3 jul 2011; \26\UTC\UTC\k 26 às 17:58:01 EST

      Eu realmente não sei. Eu consigo tanto imaginar modelos que alterem |\Gamma_{12}| com novas partículas no diagrama “quadrado” (tipo um W’) quanto partículas que alterem o mixing de BBbar em nível árvore (tipo um Higgs pesadão). Mas daí dizer o que essa medida favorece está fora do meu conhecimento.

      Eu não tenho a intuição de te dizer que tipo de alteração causaria um shift na direção dessa medida e, principalmente, nessa ordem de grandeza.

  1. domingo, 25 dez 2011; \51\UTC\UTC\k 51 às 11:07:43 EST

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