En 2018, el Gran Colisionador de Hadrones llevó a cabo una recolección de datos especial: el detector CMS capturaba colisiones de protones a una velocidad vertiginosa para acumular diez mil millones de partículas con quark belleza. Estas partículas, los mesones B, viven fracciones diminutas de segundo y se desintegran en partículas más ligeras, como un tren sobrecargado que suelta vagones en marcha.
El modelo estándar predice con qué frecuencia deberían nacer los diferentes tipos de mesones B, pero se necesitan mediciones precisas para comprobar esas predicciones. Los científicos de la colaboración CMS han medido cuántos B+, B0 y B0s se producen: tres variedades que se distinguen por el tipo de quark ligero que acompaña al quark belleza. Resulta que las proporciones de sus cantidades cambian según la energía y el ángulo con el que sale la partícula.
Para obtener estos números, los físicos utilizaron dos modos de desintegración de los mesones B: en partículas con quark encanto (tales desintegraciones se ven como lluvias de partículas ordinarias) y en partículas que contienen J/ψ (estas desintegraciones dejan una huella clara de dos muones). Al comparar ambos modos, también precisaron con qué frecuencia los mesones B eligen una u otra vía de desintegración.
La verificación de la simetría de isoespín —la idea de que el protón y el neutrón deberían comportarse igual en las interacciones fuertes— mostró que, dentro de la precisión de las mediciones, la simetría se cumple. Esto es un ladrillo más en los cimientos de nuestra comprensión de cómo los quarks se agrupan para formar partículas.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2602.10270
Production fraction ratios of B$$^+$$, B$$^0$$, and B$$^0_\mathrm{s}$$ mesons are measured in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV using a special data set recorded in 2018 with high-rate triggers designed to collect an unbiased sample of $$10^{10}$$ b hadrons with the CMS experiment at the LHC. These data allow the study of the open-charm decays of B mesons (B$$_\mathrm{(s)}$$ $$\to$$ $$\pi$$D$$_\mathrm{(s)}$$) where the D meson decays into fully hadronic final states. By utilizing known branching fractions and precise theoretical calculations, production fraction ratios as functions of B meson transverse momentum ($$p_\mathrm{T}$$) and rapidity ($$y$$) are measured using the open-charm decays in the kinematic range of 8 $$\lt$$ $$p_\mathrm{T}$$ $$\lt$$ 60 GeV and $$\lvert y \rvert$$ $$\lt$$ 2.25. In addition, the same data set is used to measure the relative production fraction ratios with the charmonium decay channels (B$$_\mathrm{(s)}$$ $$\to$$ X$$\,$$J/$$\psi$$ with X indicating a K$$^+$$, K$$^*$$(892)$$^0$$, or $$\phi$$(1020) meson) where the J/$$\psi$$ meson decays into a pair of muons. The open-charm results are used to normalize the relative production fraction ratios obtained from the charmonium samples. Measurements of the ratios of branching fractions of B meson decays to charmonium and open-charm final states are also reported, which will improve the world-average values of these ratios. Finally, we test isospin invariance in B meson production in proton-proton collisions and observe that it holds within the experimental precision.
Los mesones B contienen el quark belleza, que es cuatro veces más pesado que el protón, pero viven solo alrededor de un picosegundo y medio; en ese tiempo, la luz alcanza a recorrer menos de un milímetro.
En la serie «Star Trek» se mencionan tecnologías de «quarks», pero los mesones B reales son demasiado efímeros como para convertirse en combustible para un motor de curvatura.