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Físicos han medido cómo el mesón B se transforma en un muón y un neutrino, y han establecido nuevos límites para estas partículas esquivas.
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Dentro del acelerador, las partículas chocan y, por un instante fugaz, nace un mesón B: una partícula pesada que vive menos de una milmillonésima de segundo. Normalmente se desintegra en muchos fragmentos, pero a veces se convierte en solo dos partículas: un muón y un neutrino. Este raro camino se parece a una lotería donde el boleto ganador sale una vez cada dos millones de sorteos.
Los físicos de los experimentos Belle y Belle II han recopilado datos durante años para atrapar estos eventos. Buscaron muones que salieran del punto de colisión y, a partir de su energía, calcularon cuánta energía se llevaba el neutrino invisible. Resultó que la probabilidad de decaimiento es (4.4 ± 1.9 ± 1.0) × 10⁻⁷, lo que significa que de cada diez millones de mesones B, solo unos cuatro decaen de esta manera. La precisión aún no es alta, pero es el resultado más estricto hasta la fecha.
El neutrino casi no interactúa con la materia: para detenerlo se necesitaría una placa de plomo con el grosor de un año luz.
El número obtenido impone restricciones a teorías que incluyen tipos adicionales de bosones de Higgs, las partículas responsables de la masa. Además, los científicos buscaron neutrinos estériles, partículas hipotéticas que no participan en la interacción débil. Estas partículas podrían llevarse energía, alterando el patrón del decaimiento. No se encontró señal, pero se establecieron nuevos límites sobre sus propiedades: si existen neutrinos estériles con masa de hasta 1,5 GeV, se mezclan con los neutrinos ordinarios de forma extremadamente débil.
El estudio también ha precisado otro decaimiento del mesón B, donde en lugar de un muón se produce un electrón o un muón junto con otras partículas. Allí la probabilidad es mayor, alrededor de 2,7 × 10⁻⁴, y la medición concuerda con las predicciones del modelo estándar. En conjunto, esto recuerda a tamizar arena en busca de pepitas de oro: la mayoría de los eventos son fondo ordinario, pero los raros destellos revelan las leyes profundas del micromundo.
We report a measurement of the branching fraction for the leptonic decay $$B^+\to\mu^+ u_\mu$$. This work presents the first $$B^+\to\mu^+ u_\mu$$ result using Belle~II data, an updated Belle measurement that supersedes the previous result, and their combination, which yields the most precise search to date. The analysis is based on $$1076\,\mathrm{fb}^{-1}$$ of $$e^+e^-$$ collision data collected at a center-of-mass energy of $$10.58\,\mathrm{GeV}$$ with the Belle and Belle~II detectors at the KEKB and SuperKEKB colliders, respectively. We measure $$\mathcal{B}(B^+\to\mu^+ u_\mu)=(4.4\pm1.9\pm 1.0)\times10^{-7}$$, where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The observed significance relative to the background-only hypothesis is 2.4 standard deviations. We set a 90\% confidence level upper limit of $$\mathcal{B}(B^+\to\mu^+ u_\mu)<6.7\times10^{-7}$$ using a frequentist approach and a 90\% credibility level upper limit of $$\mathcal{B}(B^+\to\mu^+ u_\mu)<7.2\times 10^{-7}$$ using a Bayesian approach. These are the most stringent limits to date. The result is interpreted as an exclusion region in the parameter space of type~II and type~III two-Higgs-doublet models. We search for stable sterile neutrinos with masses $$m_N\in[0,1.5]\,\mathrm{GeV}$$. No signal is observed, and the resulting exclusion on the squared mixing parameter $$|U_{\mu N}|^2$$ provides improvement over previous limits. We report a measurement of the partial branching fraction of semileptonic $$B\to X_u\ell u_\ell$$ decays with $$p_\mu^B>2.2\,\mathrm{GeV}$$, obtaining $$\Delta\mathcal{B}(B\to X_u\ell u_\ell)=(2.72\pm0.05\pm0.29)\times10^{-4}$$. We present a model-dependent study of weak annihilation decays using the muon momentum spectrum. We observe a signal of 2.4 standard deviations above the background-only hypothesis in regions where the distribution resembles that of $$B\to X_u\ell u_\ell$$ decays.
La probabilidad de que un mesón B decaiga en un muón y un neutrino es aproximadamente igual a la de ganar la lotería comprando un boleto entre dos millones.
La búsqueda de neutrinos estériles recuerda a una trama sobre partículas de un mundo paralelo que solo se manifiestan ocasionalmente en el nuestro.
Probabilidad de decaimiento del mesón B positivo en un muón positivo y un neutrino muónico. La primera incertidumbre es estadística, la segunda es sistemática.