) à partir de la valeur mesurée de 𝑅(𝑋𝜏/ℓ) (rouge), comparée à la moyenne mondiale de 𝑅(𝐷) (bleu) et l’espérance mathématique standard (gris et noir). Crédit : Physical Review Letters (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.132.211804Contraintes sur 𝑅(𝐷) à partir du 𝑅(𝑋) mesuré𝜏/ℓ ) valeur (rouge), par rapport à la moyenne mondiale de 𝑅(𝐷
) (bleu) et l’attente du modèle standard (gris et noir). Crédit : Lettres d’examen physique(2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.211804
L’expérience Belle II est un vaste projet de recherche visant à mesurer avec précision les paramètres d’interaction faible, à étudier les hadrons exotiques (c’est-à-dire une classe de particules subatomiques) et à rechercher de nouveaux phénomènes physiques. Cet effort repose principalement sur l’analyse des données collectées par le détecteur Belle II (c’est-à-dire un spectromètre à usage général) et fournies par le SuperKEKB, un collisionneur de particules, tous deux situés à l’Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie (KEK) à Tsukuba, au Japon.
Dans un article récent, publié dans
Lettres d’examen physique
la collaboration Belle II a rapporté la première mesure directe du rapport tau/lepton léger 𝑅(𝑋𝜏/ℓ) des fractions de ramification inclusives du méson B. Grâce à cette mesure, l’équipe a pu tester l’universalité des interactions faibles à courant chargé.
« Dans notre meilleure théorie actuelle de la physique des particules, le modèle standard, les leptons chargés (électron, muon et tau) se couplent de manière identique aux forces faibles et électromagnétiques », a déclaré à Phys.org Karim Trabelsi, porte-parole de la collaboration Belle II. « Ce phénomène est appelé universalité des leptons. »
Il est à noter que tout signe de rupture de l’universalité des leptons est un signe de non-respect du modèle standard de la physique. Dans le cadre de leur récent article, Trabelsi et ses collègues ont spécifiquement entrepris de mesurer directement le rapport entre les leptons tau et légers, car cela pourrait contribuer à la recherche et à la compréhension de nouveaux phénomènes physiques (c’est-à-dire en dehors du modèle standard).
« L’intérêt particulier de comparer le tau au muon et à l’électron, plus légers, provient d’une tension entre la moyenne des mesures existantes et la prédiction de l’universalité », a déclaré Trabelsi. « Ces mesures n’ont été effectuées que dans des désintégrations où le lepton est accompagné d’un seul méson charmé (désintégrations exclusives en mésons D et D*), alors que notre étude ne fait pas de distinction entre les différents types de hadrons ou le nombre de hadrons produits qui accompagnent le lepton (désintégration inclusive). »
Les prédictions théoriques concernant la désintégration exclusive et inclusive diffèrent considérablement, mais elles sont complémentaires lorsqu’il s’agit de sonder tout type d’universalité leptonique. Cependant, une mesure complète prenant en compte ces deux désintégrations n’a jusqu’à présent été réalisée qu’à partir de données collectées par le Grand collisionneur électron-positon (LEP), l’un des plus grands accélérateurs de particules du CERN.
L’objectif principal de l’étude récente de Belle II était de recueillir la première mesure de cette quantité spécifique depuis plus de 20 ans. Pour ce faire, ils ont utilisé les derniers ensembles de données collectées par le détecteur Belle II.
« Notre analyse repose sur la production de paires de mésons B, sans aucune autre particule associée, comme nous le voyons dans les collisions électron-positon à proximité du seuil de Belle II », a déclaré Trabelsi. « Nous pouvons reconstruire entièrement un méson B, puis rechercher dans le reste de l’événement un lepton léger qui pourrait provenir directement de l’autre désintégration B ou de la désintégration du tau de l’autre désintégration B, qui s’est ensuite rapidement désintégré en un lepton léger et deux autres neutrinos. »
En moyenne, l’impulsion des leptons résultant de la désintégration du tau est significativement plus faible que celle des leptons provenant immédiatement d’un méson B. De plus, les neutrinos supplémentaires présents lors des désintégrations du tau entraînent une énergie et une impulsion inférieures à celles présentes lors des événements liés aux leptons immédiats.
« Nous avons donc utilisé les distributions de l’impulsion des leptons et une variable liée à l’énergie manquante pour séparer les désintégrations promptes et tau afin de déterminer le rapport », explique Trabelsi. « Nous étalonnons les distributions de fond qui peuvent contaminer la mesure avec des échantillons de données subsidiaires enrichis dans les processus de fond. »
L’étalonnage effectué par Belle II introduit une incertitude systématique dans leurs mesures. Néanmoins, cette incertitude diminuera à mesure que les données collectées et analysées par la collaboration augmenteront.
« Même si nos mesures sont compatibles à la fois avec la prédiction du modèle standard et avec les anomalies observées dans les désintégrations exclusives, nous avons ouvert la voie à une sonde complémentaire de l’universalité des leptons une fois qu’un échantillon de données plus large sera disponible », a déclaré Trabelsi. « De telles sondes nous permettent de rechercher indirectement des particules non conformes au modèle standard qui pourraient induire toute violation observée de l’universalité des saveurs des leptons. » Cette mesure directe et inclusive de 𝑅(𝑋𝜏/ℓ) portée par Belle II pourrait ouvrir de nouvelles perspectives de recherche visant à observer et à étudier de nouvelles formes de physique en dehors du modèle standard. À mesure que la collaboration recueillera davantage de données à l’avenir, les chercheurs prévoient de mettre à jour cette mesure et d’effectuer d’autres mesures précises qui pourraient aider à déterminer à quel moment l’universalité des leptons est rompue. « Nous collectons actuellement davantage de données et nous mettrons à jour cette mesure inclusive, ainsi que les mesures exclusives, dans un avenir proche », a ajouté Trabelsi. « D’ici quelques années, nous devrions être en mesure de dire avec certitude si l’universalité des leptons est violée ou non dans ces désintégrations. »
Plus d’information:
I. Adachi et al., Première mesure de R(Xτ/ℓ) comme test inclusif de l’anomalie b→cτν,Lettres d’examen physique
(2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.211804
© 2024 Réseau Science XCitation: L’expérience Belle II rapporte la première mesure directe du rapport tau/lepton léger (2024, 12 juillet) récupéré le 12 juillet 2024 à partir deCe document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre d’information uniquement.
