Partículas entrelaçadas recuperaram um teste esquecido por 35 anos e colocaram o Modelo Padrão novamente à prova

BESIII usou pares de híperons lambda entrelaçados para medir |Vus| por uma rota independente e testar a unitariedade da física de quarks

Whastapp Facebook Linkedin Twitter COMPARTILHAR Um caminho experimental pouco explorado por mais de três décadas voltou ao centro da física de partículas. A colaboração BESIII usou pares de híperons lambda entrelaçados para obter uma nova medida da matriz CKM , estrutura matemática que descreve como quarks mudam de sabor pela interação fraca. O resultado fornece uma verificação independente do elemento |Vus| e permaneceu compatível com a unitariedade prevista pelo Modelo Padrão.

A matriz de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa organiza as probabilidades de transição entre diferentes sabores de quarks. O elemento |Vus| está associado à transformação de um quark estranho em um quark up pela interação fraca. Medir esse número por caminhos independentes ajuda a testar se a descrição matemática do Modelo Padrão continua consistente.

Uma propriedade fundamental é a unitariedade: determinadas combinações dos elementos da matriz precisam obedecer relações matemáticas precisas. Medidas obtidas principalmente com káons e decaimentos de partículas tau apresentam pequenas tensões entre si, ainda insuficientes para indicar nova física. Por isso, um teste independente com bárions é especialmente valioso.

O lambda é um bárion formado por quarks up, down e strange. Em um raro decaimento semileptônico, Λ → p e⁻ ν̄e, seu quark estranho transforma-se em um quark up. O processo produz um próton, um elétron e um antineutrino eletrônico, carregando informações sobre |Vus| e sobre fatores de forma que descrevem a estrutura interna do bárion.

Experimentos anteriores enfrentavam uma dificuldade: o neutrino não é detectado diretamente, e havia informação cinemática insuficiente para separar com precisão os diferentes fatores de forma envolvidos. A determinação experimental mais precisa de parâmetros desse decaimento havia sido realizada por um experimento de alvo fixo no Fermilab há mais de 30 anos.

A BESIII analisou cerca de 10,087 bilhões de eventos envolvendo a partícula J/ψ produzidos no colisor elétron-pósitron BEPCII, em Pequim. Parte dessas partículas decai em pares Λ e anti-Λ cujos estados de spin apresentam correlações quânticas. Essas informações permitem usar o comportamento de um membro do par para restringir a reconstrução do outro.

Com essa estratégia, a equipe conseguiu trabalhar com 1.854 ± 49 eventos de sinal na determinação da fração de decaimento. Apesar de o conjunto ser muito menor que o utilizado pelo experimento do Fermilab, a informação adicional fornecida pela polarização e pelo entrelaçamento aumentou a sensibilidade de cada evento e permitiu medir parâmetros anteriormente inacessíveis.

Combinando os dados experimentais com cálculos recentes de cromodinâmica quântica na rede, ou lattice QCD, a colaboração obteve |Vus| = 0,2339 ± 0,0041.