CERN Courier destaca resultados do LHCb na sua edição deste mês

A revista CERN Courier, do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN), com sede em Genebra (Suíça), destacou, em sua edição deste mês (v. 59, n. 4, 2019), resultado de duas análises da colaboração do detector de partículas LHCb, experimento do LHC (sigla, em inglês, para Grande Colisor de Hádrons) que tem como foco o estudo do quark bottom (ou beauty). Pesquisadores do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro (RJ), assinam os dois trabalhos.

O grupo do CBPF vem trabalhando nesse tema há mais de dez anos, em colaboração com outros grupos brasileiros do LHCb da Universidade Federal do Triângulo Mineiro, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro e do campus Xerém desta última universidade.

Em uma das duas análises, colaboraram os grupos da Universidade de Warwick e Universidade de Bristol (ambas no Reino Unido), que também fazem parte do LHCb.

A íntegra do texto ‒ de caráter técnico ‒ publicado pela CERN Courier é apresentada a seguir, em tradução de Ignácio Bediaga, pesquisador titular do CBPF.

Decaimento do B ⁺ em três corpos do viola CP

Novas fontes de violação de carga e paridade (VCP) são necessárias para explicar a ausência de antimatéria em nosso universo dominado pela matéria. A colaboração do LHCb relatou novos resultados, descrevendo a VCP em decaimentos B ⁺ → π ⁺ K ⁺ K ^– e B ⁺ → π ⁺ π ⁺ π ^– .

Até muito recentemente, todas as observações de VCP nos mésons B eram feitas em decaimentos de dois corpos e quase dois corpos. No entanto, há muito que se conjetura que a dinâmica complexa de decaimentos de vários corpos poderia dar origem a outras manifestações.

Para que a VCP ocorra em decaimentos B, são necessárias amplitudes concorrentes de decaimento com diferentes fases fracas (que mudam de sinal sob CP) e fases fortes (que não mudam). As diferenças de fase fraca estão ligadas aos parâmetros fundamentais do Modelo Padrão (MP), mas a diferença de fase forte pode surgir de contribuições do diagrama de laço ( loop ), efeitos de re-espalhamento do estado final e fases associadas à estrutura ressonante intermediária.

Visão geral das instalações do experimento LHCb, no CERN, em Genebra (Suíça)

(Fonte: CERN)

No caso, os decaimentos do B de três corpos ocorrem principalmente por meio de várias ressonâncias intermediárias ‒ efetivamente, uma cascata de decaimentos de dois corpos ‒, mas também incluem contribuições de interações não ressonantes de três corpos.

O espaço de fase é bidimensional ‒ pode ser completamente descrito por duas variáveis cinemáticas ‒, e seu tamanho permite que uma rica ‘tapeçaria’ de estruturas ressonantes surja, colocando a interferência mecânica quântica no centro do jogo. Assim como no experimento de dupla fenda de Young, a amplitude total compreende a soma de todos os possíveis caminhos de decaimento. O padrão de interferência e sua variação de fase podem contribuir para a VCP em regiões onde as ressonâncias se sobrepõem.

Um dos resultados mais intrigantes do LHCb foi a observação de 2014 de grandes efeitos de VCP em certas regiões do espaço de fase de decaimentos B ⁺ → π ⁺ K ⁺ K ^- e B ⁺ → π ⁺ π ⁺ π ^- . Na nova análise, esses efeitos são descritos com modelos de amplitude explícitas pela primeira vez.

Um passo crucial na descrição fenomenológica dessas amplitudes é incluir acoplamentos entre estados finais ‒ principalmente, ππ e KK. A contabilização desses fatores é essencial para modelar com precisão o complexo componente da onda S dos decaimentos, que é a configuração em que não há momento angular relativo entre um par de partículas de estado final com carga oposta e que contém ressonâncias amplas difíceis de modelo.

Três abordagens complementares foram implementadas para descrever o complicado componente da onda S de spin 0 do decaimento B ⁺ → π ⁺ π ⁺ π ^- : i) o modelo isobar clássico, que associa explicitamente uma forma de linha com uma interpretação física clara para cada contribuição no espaço de fase; ii) o método da matriz K, que utiliza dados de experimentos de dispersão como entrada; iii) e, finalmente, uma abordagem quase-independente do modelo, na qual a magnitude e a fase da onda S são extraídas diretamente dos dados.

As análises de amplitude desses decaimentos do LHCb são baseadas em dados da primeira tomada de dados do LHC e contêm vários resultados inovadores, incluindo i) a maior assimetria de CP em um único componente de uma análise de amplitude, no re-espalhamento ππ ↔ KK; ii) a primeira observação da VCP na interferência entre estados intermediários, observada na sobreposição entre a ressonância dominante do spin-1 ρ (770) 0 e a onda π + π + S; iii) e a primeira observação de VCP envolvendo uma ressonância spin-2 de qualquer tipo, encontrada no decaimento B ⁺ → f2 (1270) π ⁺ .

Esses resultados fornecem novas ideias significativas sobre como a VCP no Modelo Padrão se manifesta na prática e motivam estudos adicionais ‒ particularmente, sobre os processos de QCD [cromodinâmica quântica] geradores de fases fortes que governam a violação do CP.

Leituras adicionais:

LHCb Collaboration 2014 Phys. Rev . D 90 112004

LHCb Collaboration 2018 LHCb-PAPER 2018-051.

LHCb Collaboration 2019 LHCb-PAPER 2019-017.

LHCb Collaboration 2019 LHCb-PAPER 2019-018.

Mais informações:

Artigo: https://cerncourier.com/a/three-body-b-decays-violate-cp/

Edição digital de agosto:

https://cerncourier.com/wp-content/uploads/2019/07/CERNCourier2019JulAug-digitaledition.pdf