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Nova medição ATLAS da vida útil do méson de beleza eletricamente neutro é a mais precisa até o momento.
Exibição de um candidato a méson de beleza neutra decaindo em um kaon neutro excitado e um méson J/ψ. O méson J/ψ decai em um par de múons (linhas vermelhas) e o kaon neutro excitado decai em um píon carregado e um kaon carregado (linhas amarelas). (Imagem: ATLAS/CERN)A colaboração ATLAS no Grande Colisor de Hádrons ( LHC ) lançou uma nova medição de alta precisão do tempo de vida do méson eletricamente neutro beauty (B 0 ) – um hádron composto de um antiquark bottom e um quark down.Os mésons de beleza (B) são compostos de dois quarks, um dos quais é um quark bottom. Nas últimas décadas, ao estudar os mésons B, os físicos têm sido capazes de examinar fenômenos raros e precisamente previstos para obter insights sobre interações mediadas pela força fraca e sobre a dinâmica dos estados ligados de quarks pesados. A medição precisa da vida útil do méson B 0 – o tempo médio em que ele existe antes de decair em outras partículas – é de importância crítica neste contexto.O novo estudo ATLAS do méson B 0 procurou o decaimento da partícula em um cátion neutro excitado (K* 0 ) e um méson J/ψ. O méson J/ψ subsequentemente decai em um par de múons enquanto o méson K* 0 é estudado através de seu decaimento em um píon carregado e um cátion carregado. A análise é baseada em dados de colisão próton-próton coletados pelo detector ATLAS durante a Execução 2 do LHC (2015–2018), totalizando um impressionante conjunto de dados de 140 femtobarns inversos (1 femtobarn inverso corresponde a aproximadamente 100 trilhões de colisões próton-próton).Os pesquisadores do ATLAS mediram a vida útil do méson B 0 em 1,5053 picosegundos (1 picosegundo (ps) é um trilionésimo (10 -12 ) de um segundo), com uma incerteza estatística de 0,0012 ps e uma incerteza sistemática de 0,0035 ps. Este resultado é o mais preciso até o momento e melhora significativamente as medições anteriores, incluindo um resultado anterior do ATLAS (veja a figura abaixo).
Para atingir tal precisão, muitos desafios experimentais precisaram ser superados, incluindo minimizar incertezas sistemáticas, realizar modelagem precisa e melhorar o alinhamento do detector.
Além de medir o tempo de vida do méson B 0 , a equipe do ATLAS calculou sua "largura" de decaimento. A largura é um parâmetro fundamental de qualquer partícula instável com um tempo de vida finito. Quanto menor o tempo de vida, mais ampla a largura de decaimento – uma consequência direta da relação de incerteza de Heisenberg na mecânica quântica. A largura de decaimento do méson B 0 foi medida como sendo 0,664 picosegundos inversos (ps -1 ), com uma incerteza total de 0,004 ps -1 .
Os pesquisadores então compararam esse resultado a uma medição anterior da largura de decaimento do méson B s 0 (composto de um quark bottom e um quark strange). Eles descobriram que a proporção das larguras de decaimento era consistente com a unidade, refletindo os valores próximos das larguras medidas. Esses resultados estão alinhados com as previsões do modelo de quarks pesados e podem ser usados para ajustar ainda mais essas previsões.
As novas medições de precisão do ATLAS melhoram a compreensão dos decaimentos mediados por força fraca no Modelo Padrão e fornecem dados valiosos para futuros desenvolvimentos teóricos.
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia). Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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