LHCb étudie la rare désintégration Σ+→pμ+μ-

La collaboration LHCb a rapporté l’observation de l’hypéron Σ⁺→pμ⁺μ^– désintégration rare à la XVe Conférence internationale sur la beauté, le charme et les hypérons dans les interactions hadroniques (BEACH 2024) à Charleston, Caroline du Sud, États-Unis Un hypéron est une particule contenant trois quarks, comme le proton et le neutron, dont un ou plusieurs quarks étranges.

Les désintégrations rares de particules connues constituent un outil prometteur pour rechercher une physique au-delà du modèle standard (SM) de la physique des particules. Dans le SM, le Σ⁺→pμ⁺μ^– Ce processus n’est possible qu’à travers des « diagrammes en boucle » : plutôt que la dégradation se produise directement, les états intermédiaires doivent être échangés dans une « boucle », comme illustré dans les diagrammes (a) et (b) ci-dessous.

En théorie quantique des champs, la probabilité qu’un tel processus se produise est la somme des probabilités de toutes les particules possibles échangées dans cette boucle, connues et inconnues. C’est ce qui rend un tel processus sensible aux phénomènes nouveaux.

Si une différence était observée entre les mesures expérimentales et les calculs théoriques, elle pourrait être due à la contribution de particules inconnues. Ces particules pourraient soit être échangées dans la boucle, soit servir de médiateur direct à cette désintégration, en interagissant avec les quarks et en se désintégrant ensuite en une paire de muons. Dans ce dernier cas, illustré dans le diagramme (c) ci-dessous, la nouvelle particule laisserait une empreinte dans les propriétés des deux muons.

Études du Σ⁺→pμ⁺μ^– Les désintégrations étaient particulièrement intéressantes grâce à l’indice d’une structure qui avait été observée dans les propriétés de la paire de muons en 2005 par la collaboration HyperCP (E871). Avec seulement trois événements, la structure était loin d’être concluante, et l’étude LHCb devait apporter un certain éclairage sur la situation.

En fin de compte, les données du LHCb ne montrent aucune structure de pic significative dans la région de masse des dimuons mise en évidence par HyperCP, ce qui infirme cette hypothèse. La nouvelle analyse observe cependant la désintégration avec une signification élevée, et une mesure précise de la probabilité de désintégration ainsi que d’autres paramètres suivra, permettant ainsi de rechercher davantage d’écarts avec les prévisions SM.