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Prueba de la universalidad de los acoplamientos de los leptones τ y μ en las desintegraciones de los bosones W con el detector ATLAS
El modelo estándar de la física de las partículas resume nuestra mejor comprensión actual de la física a las escalas más pequeñas. Un axioma fundamental de esta teoría es la universalidad de los acoplamientos de las diferentes generaciones de leptones a los bosones gauge electrodébiles. La medición de la relación de la tasa de desintegración de los bosones W con los leptones τ y los muones, R(τ/μ), constituye una importante prueba de este axioma. Utilizando 139 fb-1 de colisiones protón-protón registradas con el detector ATLAS a una energía de centro de masa de 13 TeV, informamos de una medida de esta cantidad a partir de eventos tt¯ di-leptónicos en los que los quarks top decaen en un bosón W y un quark bottom. Podemos distinguir los muones que se originan en bosones W y los que se originan en un leptón τ intermedio a través del parámetro de impacto transversal del muón y de las diferencias en los espectros del momento transversal del muón. El valor medido de R(τ/μ) es de 0,992 ± 0,013 [± 0,007(stat) ± 0,011(syst)] y concuerda con la hipótesis de los acoplamientos leptónicos universales postulados en el modelo estándar. Esta es la única medición de este tipo realizada por el Gran Colisionador de Hadrones, hasta ahora, y obtiene el doble de precisión que las mediciones anteriores.
El detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones ha medido un principio fundamental del modelo estándar de la física de partículas -la universalidad del sabor de los protones- y ha publicado un artículo en Nature Physics.
El hallazgo supera el resultado obtenido hace tiempo en el Gran Colisionador de Electrones y Positrones.
Nuestra comprensión de las partículas elementales -los bloques de construcción del Universo- y de las fuerzas electromagnéticas, débiles y fuertes fundamentales que actúan entre ellas, está formulada en el modelo estándar de la física de partículas. En la teoría, los electrones, muones y leptones τ representan tres variedades (o sabores) de un tipo de partícula elemental con carga eléctrica conocida como leptones. El modelo estándar supone que la fuerza de los acoplamientos entre los leptones y las partículas que median la fuerza débil -conocidas como bosones gauge "W" o "Z"- es independiente del sabor de los leptones. Este principio, conocido como universalidad del sabor de los leptones, ha sido recientemente cuestionado por los experimentos realizados en las fábricas B y en el LHC.
La Colaboración ATLAS, en la que participa un equipo global de científicos que incluye expertos de Lancaster, estudió si esta "verdad universal" es cierta para el muón y el leptón τ en alrededor de medio millón de colisiones protón-protón registradas con el detector ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones. Examinando las desintegraciones de bosones W en leptones τ y muones y midiendo la relación de sus tasas de desintegración, los autores pudieron concluir que la fuerza débil interactúa con ambos tipos de leptones de la misma manera.
Este resultado de la Colaboración ATLAS es la medición más precisa hasta la fecha, con casi el doble de precisión que la obtenida en los experimentos del predecesor del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, el Gran Colisionador de Electrones-Positrones (LEP).
El catedrático de Física de la Universidad de Lancaster, Guennadi Borissov, declaró: "Las mediciones realizadas en el LEP indican que puede haber una diferencia entre las desintegraciones a diferentes tipos de leptones. Este intrigante indicio de desviación del modelo estándar ha estado sin confirmar durante unos 20 años. Aunque nuestras últimas mediciones no respaldan el resultado del LEP, ha sido emocionante encontrar una forma nueva y notablemente precisa de comprobarlo utilizando la potencia del Gran Colisionador de Hadrones, estando Lancaster en el centro de cada paso del análisis".
El profesor Roger Jones, jefe del grupo ATLAS de Lancaster, dijo: "Pruebas como la nuestra de los supuestos teóricos fundamentales son actualmente un área candente de investigación en la física de partículas. Los resultados recientes del experimento LHCb y las mediciones muy precisas de los muones realizadas por la colaboración g-2 (que también cuenta con físicos de Lancaster en el equipo) han proporcionado nuevos indicios de que los leptones pueden no comportarse todos de la misma manera que predicen nuestras teorías.
"Por el contrario, las nuevas y muy precisas mediciones muestran que, en aspectos importantes, los leptones se comportan realmente de la misma manera. Será emocionante ver si los indicios de otros experimentos se convierten en pruebas claras. Si es así, las teorías tendrán que dar cuenta de nuestra fuerte evidencia de que los leptones se comportan de la misma manera en el proceso que hemos estudiado y, sin embargo, se comportan de manera diferente en otros procesos."
Fuentes, creditos y referencias:
Más información: Prueba de la universalidad de los acoplamientos de los leptones τ y μ en las desintegraciones de los bosones W con el detector ATLAS, Nature Physics (2021). DOI: 10.1038/s41567-021-01236-w Información de la revista: Nature Physics
Proporcionado por la Universidad de Lancaster