Un equipo de físicos teóricos de alta energía en Fermilab Lattice y MILC Collaborations ha publicado un nuevo cálculo de alta precisión que podría avanzar significativamente en la búsqueda indirecta de física más allá del Modelo Estándar SM. El cálculo se aplica a una descomposición particularmente raradel mesón B una partícula subatómica, que a veces también se denomina proceso de "descomposición del pingüino".
Después de producirse en una colisión, las partículas subatómicas se descomponen espontáneamente en otras partículas, siguiendo uno de los muchos caminos de descomposición posibles. De un billón de mesones B detectados en un colisionador, solo unas veinte se descomponen a través de este proceso en particular.
Con el descubrimiento del bosón de Higgs, la última pieza faltante, el SM de la física de partículas ahora explica todas las partículas subatómicas conocidas y describe correctamente sus interacciones. Es una teoría muy exitosa, ya que sus predicciones han sido verificadas consistentemente por mediciones experimentalesPero los científicos saben que el SM no cuenta toda la historia, y los investigadores de todo el mundo están buscando ansiosamente pruebas de física más allá del SM.
"Tenemos razones para creer que todavía hay partículas subatómicas no descubiertas que no forman parte del SM", explica la científica de Fermilab Ruth Van De Water. "En general, esperamos que sean más pesadas que cualquier partícula subatómica que hayamos encontrado hasta ahora"Las nuevas partículas serían parte de una nueva teoría que se parecería a la SM a bajas energías. Además, la nueva teoría debería tener en cuenta las observaciones astrofísicas de la materia oscura y la energía oscura. La naturaleza de las partículas de la materia oscura es un completo misterio."
Aida El-Khadra, físico de la Universidad de Illinois, agrega: "Los científicos están atacando este problema desde varias direcciones. Las búsquedas indirectas se centran en los efectos virtuales que las nuevas partículas pesadas conjeturadas pueden tener en los procesos de baja energía. Las búsquedas directas buscan la producción de nuevospartículas pesadas en colisiones de alta energía. La interacción de las búsquedas indirectas y directas en última instancia puede proporcionarnos suficientes piezas del rompecabezas para descifrar la nueva teoría subyacente que explicaría todos estos fenómenos ".
El físico de la Universidad de Syracuse, John "Jack" Laiho, describe por qué las "caries de pingüinos" proporcionan sondas poderosas de nueva física: "En la observación de una descomposición rara, debido a que las contribuciones del SM son relativamente pequeñas, existe una buena posibilidad de que las contribuciones de nuevoslas partículas pesadas virtuales pueden ser significativas. Esto se observaría como desviaciones de las predicciones SM. Sin embargo, para saber que tal desviación si se observa no es solo una fluctuación estadística, la diferencia debe ser concluyente, debe ser al menoscinco veces mayor que las incertidumbres experimentales y teóricas. Por lo tanto, las descomposiciones raras requieren alta precisión tanto en las mediciones experimentales como en los cálculos teóricos "
los mesones B pertenecen a la clase de partículas subatómicas que son estados unidos de los quarks y sienten las llamadas interacciones fuertes, también conocidas por el colorido nombre Quantum Chromodynamics QCD. Los quuarks se encuentran dentro de los protones y los neutrones, que formanel núcleo atómico, así como también dentro de otras partículas subatómicas, como los piones y los mesones B antes mencionados.
El nuevo cálculo de alta precisión emplea QCD de red para calcular los efectos de la interacción fuerte en el proceso en cuestión.
"Los procesos de descomposición que involucran estados unidos de quarks reciben contribuciones de las interacciones fuertes, que son muy difíciles de cuantificar, especialmente a bajas energías", explica el científico de Fermilab Andreas Kronfeld. El único método de primer principio para calcular con errores controlados las propiedadesde partículas subatómicas que contienen quarks es QCD reticular, donde las integrales difíciles de manejar de QCD se convierten en una forma que hace posible calcularlas numéricamente ".
El proyecto se inició cuando el investigador de la Universidad de Syracuse Daping Du era becario postdoctoral en Illinois con El-Khadra.
"Nuestro cálculo es limpio", afirma Du. "Nos centramos en un proceso para el cual los métodos QCD de celosía producen incertidumbres pequeñas y completamente cuantificadas".
"Hemos sido testigos de un progreso asombroso en los cálculos de QCD de celosía en los últimos años", observa Enrico Lunghi, un teórico sin celosía de la Universidad de Indiana, que se unió al equipo por su experiencia en fenomenología de la descomposición rara. "Los cálculos de celosía han avanzado hasta el puntodonde proporcionan predicciones ab initio de fuertes efectos de interacción con incertidumbres pequeñas y confiables. Así es como podemos obtener una predicción SM de este proceso con mayor precisión que antes ".
El cálculo de QCD de celosía de alta precisión del equipo requería recursos computacionales a gran escala.
"Afortunadamente, pudimos aprovechar los recursos de supercomputación en todo Estados Unidos para este proyecto", comenta el físico de la Universidad de Indiana Steven Gottlieb. "De hecho, este proyecto es parte de un esfuerzo mayor de Fermilab Lattice y MILC Collaborations para producir teorías precisascálculos de los fuertes efectos de interacción para una gama de procesos importantes relevantes para los experimentos de precisión en la frontera. Usamos asignaciones en Fermilab proporcionado por la Colaboración USQCD, en la Instalación de Computación de Liderazgo Argonne, el Centro Nacional de Investigación Científica de Investigación de Energía, el Centro Nacional de Los Álamos.Laboratorio, el Instituto Nacional de Ciencias Computacionales, el Centro de Supercomputadoras de Pittsburgh, el Centro de Supercomputadoras de San Diego y el Centro de Computación Avanzada de Texas ".
Después de completar el nuevo cálculo y antes de su publicación en Cartas de revisión física [115, 152002 2015] en el artículo titulado, "B? Π ?? Factores de forma para nuevas búsquedas de física de Lattice QCD", el experimento LHCb en el CERN en Suiza anunció una nueva medición experimental de la tasa de descomposición diferencial paraeste proceso de descomposición
El científico de Fermilab Ran Zhou concluye: "Las mediciones recientes son compatibles con nuestras predicciones de SM, con incertidumbres proporcionales de la teoría y el experimento. Esto pone restricciones interesantes sobre posibles nuevas contribuciones físicas que son muy útiles para construir modelos más allá de la física SM".
El equipo también completó recientemente otro documento, "Fenomenología de la descomposición del mesón B semileptónico con factores de forma de QCD de red", en el que hacen predicciones adicionales para las caries raras relacionadas que aún no se han observado experimentalmente. Una vez observadas, estos procesos de descomposición tambiénpuede desempeñar un papel importante en la búsqueda para encontrar la nueva teoría fundamental que se encuentra más allá de la SM.
Los miembros de Fermilab Lattice y MILC Collaborations que contribuyeron a este trabajo además de los nombrados anteriormente incluyen Alexei Bazavov y Yannick Meurice de la Universidad de Iowa; Claude Bernard de la Universidad de Washington, Chris Bouchard del College of William and Mary; Carleton DeTar,Ludmila Levkova y Si-Wei Qiu de la Universidad de Utah; Elizabeth D. Freeland de la Escuela del Instituto de Arte de Chicago; Maria Elvira Gámiz de la Universidad de Granada; Urs M. Heller de la American Physical Society; Paul B. Mackenzie,James N. Simone del Laboratorio Nacional de Aceleración de Fermi; Yuzhi Liu y Ethan Neil de la Universidad de Colorado, Boulder; Robert Sugar de la Universidad de California, Santa Bárbara; Doug Toussaint de la Universidad de Arizona, Tucson; y Jon A. Bailey de la Universidad Nacional de Seúl.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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