Físicos de Colaboración ATLAS en el CERN Gran Colisionador de Hadrones (LHC) han tenido éxito logrado medidas de ‘universalidad del sabor lepton, ‘un principio fundamental del modelo estándar de física de partículas. Sus resultados son la primera medición del LHC y la más precisa hasta la fecha, superando la precisión obtenida en experimentos con el predecesor del LHC: el Gran Colisionador de Electrones y Positrones.
Los físicos de ATLAS probaron la fuerza de atracción entre los muones o leptones τ y otro tipo de partícula fundamental, el bosón W. Crédito de la imagen: CERN.
Nuestra comprensión de las partículas elementales y las fuerzas electromagnéticas fundamentales, débiles y fuertes, que actúan entre ellas se formula en el Modelo Estándar de física de partículas.
Leptones son una especie de partícula elemental. Los electrones, muones y leptones τ representan tres variedades (o sabores) de leptones cargados.
El modelo estándar asume que los acoplamientos de partículas que median la fuerza débil, conocida como bosones gauge electrodébiles ‘W’ o ‘Z’, con los leptones ocurren independientemente de su sabor. Esto se conoce como la universalidad del sabor lepton.
Los físicos de ATLAS Collaboration estudiaron si esta «verdad universal» es cierta para el acoplamiento del muón τ y el leptón al bosón W.
«Es un axioma fundamental del modelo estándar que los acoplamientos de los bosones gauge electrodébiles (W, Z) a los leptones cargados, gℓ, son independientes de la masa de los leptones», explicaron.
«Esta suposición fundamental se conoce como ‘universalidad del sabor de los leptones’ y se prueba en este estudio comparando las tasas de desintegración relativas de los bosones W en la cáscara con los leptones y muones τ».
Los investigadores obtuvieron una muestra limpia de bosones W de la desintegración de los quarks superiores producidos en colisiones protón-protón y registrados con el detector ATLAS en el LHC.
Midiendo la relación de las tasas de desintegración W para un leptón τ y para un muón, pudieron concluir que la fuerza débil interactúa con ambos tipos de leptones de la misma manera.
«Usando 139 fb-1 de las colisiones protón-protón registradas con el detector ATLAS a una energía de centro de masa de 13 TeV, informamos una medición de esta cantidad a partir de eventos dialeptónicos tt¯ donde los quarks superiores se desintegran en un bosón W y un quark inferior, » dijo.
«Podemos distinguir los muones que se originan en los bosones W y los que se originan en un leptón τ intermedio mediante el parámetro de impacto transversal del muón y las diferencias en los espectros de momento transversal del muón».
«El valor medido de R (τ / μ) es 0,992 y está de acuerdo con la hipótesis de los acoplamientos leptónicos universales, como se postula en el Modelo Estándar».
O resultados fueron publicados en el periódico Física de la naturaleza.
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G. Aad et al. (Colaboración ATLAS). Prueba de universalidad de acoplamientos de leptones τ y μ en decaimientos del bosón W con el detector ATLAS. Nat. Phys, publicado en línea el 5 de julio de 2021; doi: 10.1038 / s41567-021-01236-w
