De LHCb-samenwerking rapporteerde onlangs over de arXiv preprint server de eerste observatie van het verval van de B_c ⁺ meson (samengesteld uit twee zware quarks, b en c) in een J/ψ charm-anticharm quark-gebonden toestand en een paar pionen, π ⁺ π ⁰ . Het vervalproces laat een bijdrage zien van een tussenliggend deeltje, een ρ ⁺ meson dat zich een kort moment vormt en dan vervalt in de π ⁺ π ⁰ paar.

De B_c ⁺ is het zwaarste meson dat alleen kan vervallen door de zwakke interacties, via het verval van één zware quark. B_c ⁺ verval in een oneven aantal lichte hadronen en een J/ψ (of andere charm-anticarm-quark-gebonden toestanden, "chharmonia" genoemd) zijn intensief bestudeerd en blijken opmerkelijk overeen te komen met de theoretische verwachtingen.

Het verval van B_c ⁺ in een J/ψ en een π ⁺ π ⁰ paar is het eenvoudigste verval in charmonium en een even aantal lichte hadronen. Het is nog nooit eerder waargenomen, voornamelijk vanwege de precieze reconstructie van de energiezuinige π ⁰ meson door zijn verval in een paar fotonen is een grote uitdaging in een LHC-proton-proton-botsingsomgeving.

Een nauwkeurige meting van de B_c ⁺ →J/ψπ ⁺ π ⁰ verval zal een beter begrip mogelijk maken van de mogelijke bijdrage ervan als achtergrondbron voor de studie van ander verval van B_c mesonen en het zeldzame verval van B ⁰ mesonen. Vanuit theoretisch oogpunt verval van B_c in J/ψ en een even aantal pionen zijn nauw verwant aan het verval van het τ lepton in een even aantal pionen, en aan de e ⁺ e ^– vernietiging in een even aantal pionnen.

Nauwkeurige metingen van e ⁺ e ^– vernietiging in twee pionen in het ρ-massagebied (zoals in de B_c verval dat hier wordt besproken) zijn cruciaal voor de interpretatie van de resultaten van het Fermilab g-2-experiment dat het abnormale magnetische dipoolmoment van het muon meet, aangezien lage-energie e ⁺ e ^– vernietiging in hadronen is een belangrijke bron van de onzekerheid van de g-2-metingen.

De verhouding tussen de waarschijnlijkheid van het nieuwe verval en die van het verval van B_c ⁺ omgezet in J/ψπ ⁺ is de afgelopen dertig jaar door verschillende theoretici berekend. Nu kunnen deze voorspellingen eindelijk worden vergeleken met een experimentele meting:de meeste voorspellingen komen overeen met het nieuwe resultaat verkregen door LHCb (2,80±0,15±0,11±0,16).

Het grote aantal b-quarks dat wordt geproduceerd bij LHC-botsingen en de uitstekende detector stellen LHCb in staat de productie, het verval en andere eigenschappen van de B_c te bestuderen ⁺ meson in detail. Sinds de ontdekking van het meson door het CDF-experiment bij de Tevatron-botser zijn er 18 nieuwe B_c ⁺ er zijn verval waargenomen (met meer dan vijf standaarddeviaties), allemaal door LHCb.

Meer informatie: Observatie van de B_c ⁺ naar J/ψπ ⁺ π ⁰ verval, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.05523

Journaalinformatie: arXiv

Geleverd door CERN