Η ασυμφωνία της καθολικότητας της εποχής LEP ξετυλίχθηκε

Η οικογένεια των φορτισμένων λεπτονίων αποτελείται από τα ηλεκτρόνια, μόνια (μ) και tau lepton (τ). Σύμφωνα με το πρότυπο μοντέλο (SM), αυτά τα σωματίδια διαφέρουν μόνο στη μάζα τους: το muon είναι βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο και το tau είναι βαρύτερο από το muon. Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό του SM είναι ότι κάθε γεύση είναι εξίσου πιθανό να αλληλεπιδράσει με ένα μποζόνιο W. Αυτό είναι γνωστό ως καθολικότητα γεύσης λεπτόν.

Σε μια νέα μέτρηση ATLAS που αναφέρθηκε αυτήν την εβδομάδα στο συνέδριο LHCP , μια νέα τεχνική που χρησιμοποιεί γεγονότα με ζεύγη κορυφαίου κουάρκ έχει αξιοποιηθεί για να ελέγξει την αναλογία των πιθανοτήτων για τα λεπτόνια tau και τα μιόνια που παράγονται σε διασπάσεις W μποζόνιου, R (τ / μ). Στο SM, το R (τ / μ) αναμένεται να είναι ενότητα, αλλά υπάρχει μια μακροχρόνια ένταση με αυτήν την πρόβλεψη από την εποχή του LEP στη δεκαετία του 1990, όπου, από έναν συνδυασμό των τεσσάρων πειραμάτων, το R (τ / μ) ήταν μετρήθηκε σε 1,070 ± 0,026, αποκλίνουσα από την προσδοκία SM κατά 2,7σ. Αυτό υποκίνησε έντονα την ανάγκη για νέες μετρήσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια. Εάν επιβεβαιωθεί το αποτέλεσμα LEP θα αντιστοιχούσε σε μια σαφή ανακάλυψη πέραν της SM φυσικής.

Ετικέτα και ανιχνευτής

Για να αποδείξουμε οριστικά ότι η ασυμφωνία LEP είναι πραγματική ή ότι ήταν απλώς μια στατιστική διακύμανση, απαιτείται ακρίβεια τουλάχιστον 1-2% – κάτι που προηγουμένως δεν θεωρήθηκε πιθανό σε έναν συγκροτητή αδρονίου όπως το LHC, όπου συμπεριλαμβάνονται και τα W μποζόνια, αν και παράγονται άφθονα, υποφέρουν από μεγάλα υπόβαθρα και κινηματικές προκαταλήψεις λόγω της διαδικτυακής επιλογής της σκανδάλης. Το κλειδί για να επιτευχθεί αυτό είναι να αποκτήσετε ένα δείγμα μιόνια και τα λεπτόνια tau από διασπάσεις W boson που είναι όσο το δυνατόν πιο ευαίσθητο στις λεπτομέρειες της σκανδάλης και της ανακατασκευής αντικειμένων που χρησιμοποιούνται για την επιλογή τους. Το ATLAS το έχει επιτύχει εκμεταλλευόμενο τόσο το μεγάλο δείγμα του LHC με πάνω από 100 εκατομμύρια ζεύγη κορυφαίων κουάρκ που παράγονται στην τελευταία εκτέλεση, και το γεγονός ότι τα κορυφαία κουάρκ αποσυντίθενται σχεδόν αποκλειστικά σε ένα μποζόνιο και ένα κουάρκ. Σε μια προσέγγιση tag-and-probe,

Η ανάλυση επικεντρώνεται στην αποσύνθεση tau-lepton σε ένα muon, παρά στις αλλοιώσεις tauronic που είναι πιο περίπλοκες στην ανακατασκευή, μειώνοντας έτσι τις συστηματικές αβεβαιότητες που σχετίζονται με την ανακατασκευή του αντικειμένου. Η διάρκεια ζωής του tau lepton και των προϊόντων χαμηλότερης ορμής του αξιοποιείται από την ακριβή ανακατασκευή muon που διατίθεται από τον ανιχνευτή ATLAS για να διαχωρίσει τα μιόνια από τις αποσυνθέσεις tau-lepton και τα μιόνια που παράγονται απευθείας από μια διάσπαση W (τα λεγόμενα prompt muons). Συγκεκριμένα, η απόλυτη απόσταση της πλησιέστερης προσέγγισης των διαδρομών muon στο επίπεδο κάθετο προς τη γραμμή δέσμης, | d μ | (σχήμα 1), και η εγκάρσια ορμή, p μ , των μιόνων, χρησιμοποιούνται για την απομόνωση αυτών των συνεισφορών. Αυτές οι μεταβλητές, ειδικότερα | d μ|, βαθμονομούνται χρησιμοποιώντας ένα καθαρό δείγμα άμεσων μιόνων από δεδομένα Z → μμ.

Η εκχύλιση του R (τ / μ) πραγματοποιείται με εφαρμογή σε | d μ | και p μ όπου παρατηρείται η ακύρωση πολλών συστηματικών αβεβαιοτήτων καθώς συσχετίζονται μεταξύ της προτροπής μ και τ → μ συνεισφορών. Αυτό περιλαμβάνει, για παράδειγμα, αβεβαιότητες που σχετίζονται με την ανακατασκευή αεριωθούμενων αεροσκαφών, την επισήμανση της γεύσης και την αποτελεσματικότητα ενεργοποίησης. Ως αποτέλεσμα, η μέτρηση επιτυγχάνει πολύ υψηλή ακρίβεια, ξεπερνώντας αυτήν της προηγούμενης μέτρησης LEP.

ATLAS εικ. 2

Η μετρούμενη τιμή είναι R (τ / μ) = 0,992 ± 0,013 [± 0,007 (stat) ± 0,011 (syst)], σχηματίζοντας την πιο ακριβή μέτρηση αυτού του λόγου, με το ήμισυ της αβεβαιότητας το μέγεθος από το συνδυασμό των αποτελεσμάτων LEP (Σχήμα 2). Συμφωνεί με την προσδοκία του Τυπικού Μοντέλου και υποδηλώνει ότι η προηγούμενη απόκλιση LEP μπορεί να οφείλεται σε διακύμανση.

Παρόλο που επιβίωσε σε αυτήν την τελευταία δοκιμή, η αρχή της καθολικότητας της γεύσης του λεπτόν δεν θα ξεφύγει από το δάσος έως ότου οι ανωμαλίες στη διάσπαση του B-meson που καταγράφηκαν από το πείραμα LHCb ( CERN Courier Μάιος / Ιούνιος 2020 σελ. 10 ) έχουν επίσης διερευνηθεί οριστικά.

πηγή