L’ultima campagna di analisi dei dati acquisiti dall’esperimento LHCb, uno dei quattro grandi rivelatori ospitati lungo l’anello del Large Hadron Collider, a cui l’INFN contribuisce con una tra le più numerose comunità di ricercatori impegnate nella collaborazione, suggerisce, nell’ambito dell’insieme dei processi fisici regolati dalla forza elettrodebole, la possibile presenza di un fenomeno in disaccordo con le previsioni del Modello Standard delle particelle elementari, la teoria di riferimento per la descrizione delle particelle elementari e delle loro interazioni. È quanto annunciato oggi, 23 marzo, online nella sezione della conferenza annuale di Moriond dedicata alle interazioni elettrodeboli e in un seminario del CERN, durante i quali sono stati presentati i risultati di uno studio sulla verifica della cosiddetta universalità leptonica, secondo cui i decadimenti che coinvolgono i tre diversi leptoni carichi, elettrone, muone e tau, dovrebbero occorrere con la stessa probabilità. Contrariamente a quanto previsto dalla teoria, il conteggio dei casi in cui una particolare particella contenente un quark beauty, denominata mesone B carico, decadendo dà luogo ad un mesone K carico e una coppia muone-antimuone, mostra nei dati di LHCb una significativa disparità rispetto al conteggio dei casi che presentano un K carico e una coppia elettrone-positrone. La precisione di misura ha una significatività statistica di 3,1 sigma, e quindi non è sufficiente per poter asserire l’osservazione del fenomeno, ma l’argomento è comunque di notevole interesse perché, se l’osservazione, per cui sono necessari 5 sigma, fosse stabilita in futuro grazie a una maggiore statistica, sarebbe indicativa dell’esistenza di una nuova fisica oltre il consolidato Modello Standard, aprendo nuovi e inattesi scenari.
La ricerca sperimentale sull’universalità leptonica rappresenta un filone che ha già fornito nel recente passato, in particolare grazie allo stesso LHCb, evidenze in contrasto con il comportamento simmetrico attribuito dalla teoria ai tre leptoni carichi, individuando una diversa frequenza con cui questi ultimi compaiono nei prodotti di decadimento di una stessa particella. Nello specifico, l’ultimo risultato di LHCb rappresenta un aggiornamento della misura del rapporto (RK) tra i tassi di due decadimenti rari del mesone B carico. Questo test dell’universalità leptonica, effettuato utilizzando l’intero set di dati raccolti nel corso delle due campagne di acquisizione del rivelatore (Run 1 e 2), ha così consentito di ottenere suggerimenti di possibili deviazioni di RK dal valore 1, che ci si aspetterebbe di osservare in presenza di un egual numero di tipologie di coppie leptoniche prodotte dopo i decadimenti.
“La differenza tra il numero di muoni e quello di elettroni nei decadimenti dei mesoni B”, spiega Vincenzo Vagnoni, responsabile della collaborazione LHCb per l’Italia e ricercatore della sezione di Bologna dell’INFN, “se confermata, costituirebbe una scoperta molto importante, poiché dimostrerebbe la presenza di un problema all’interno del Modello Standard, la cui soluzione condurrebbe all’esistenza di una particella ancora ignota caratterizzata da differenti intensità d’interazione con i leptoni carichi”.
Nonostante rappresenti un test di grande precisione dell’universalità leptonica nei decadimenti di particelle con quark beauty, consistente entro gli errori sperimentali con valori ottenuti precedentemente dalle collaborazioni BaBar e Belle, il risultato ottenuto dalla collaborazione LHCb necessita di ulteriori prove sperimentali. “Grazie alla superiore casistica che riusciremo ad ottenere con il Run 3 di LHC, il quale prenderà il via a breve,”, aggiunge Matteo Palutan, vice-responsabile internazionale della collaborazione LHCb e ricercatore dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, “insieme ad altre analisi su dati già acquisiti attualmente in cantiere, avremo la possibilità di verificare il risultato attuale e sperabilmente mettere in crisi il Modello Standard”.
Contestualmente, la collaborazione LHCb ha inoltre presentato l’aggiornamento di un’altra misura di grande rilievo, concernente la probabilità di decadimento dei mesoni B in una coppia muone-antimuone, migliorando ulteriormente la precisione della conoscenza del più raro decadimento dei mesoni B mai osservato.
