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Des physiciens ont mesuré la transformation du méson B en muon et neutrino, posant de nouvelles limites sur ces particules insaisissables.
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Dans l'accélérateur, des particules entrent en collision, et pendant un bref instant naît un méson B — une particule lourde qui vit moins d'un milliardième de seconde. Habituellement, il se désintègre en de nombreux fragments, mais parfois il se transforme en seulement deux particules : un muon et un neutrino. Cette voie rare ressemble à une loterie où le billet gagnant sort une fois sur deux millions de tirages.
Les physiciens des installations Belle et Belle II ont collecté des données pendant de nombreuses années pour attraper de tels événements. Ils ont cherché des muons s'échappant du point de collision, et à partir de leur énergie, ils ont calculé combien d'énergie avait été emportée par le neutrino invisible. Il s'est avéré que la probabilité de désintégration est de (4.4 ± 1.9 ± 1.0) × 10⁻⁷ — cela signifie que sur dix millions de mésons B, seulement environ quatre se désintègrent de cette manière. La précision est encore modeste, mais c'est le résultat le plus strict à ce jour.
Le neutrino interagit très peu avec la matière : pour l'arrêter, il faudrait une plaque de plomb d'une épaisseur d'une année-lumière.
Ce nombre impose des contraintes sur les théories qui prévoient des types supplémentaires de bosons de Higgs — les particules responsables de la masse. De plus, les scientifiques ont cherché des neutrinos stériles — des particules hypothétiques qui ne participent pas du tout à l'interaction faible. De telles particules pourraient emporter de l'énergie, modifiant le schéma de désintégration. Aucun signal n'a été trouvé, mais de nouvelles limites ont été établies sur leurs propriétés : si des neutrinos stériles de masse allant jusqu'à 1,5 GeV existent, ils se mélangent extrêmement faiblement avec les neutrinos ordinaires.
L'étude a également affiné une autre désintégration du méson B, où au lieu d'un muon, un électron ou un muon est produit avec d'autres particules. Là, la probabilité est plus élevée — environ 2,7 × 10⁻⁴, et la mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard. Tout cela rappelle le tamisage du sable à la recherche de pépites d'or : la plupart des événements sont un bruit de fond ordinaire, mais de rares sursauts révèlent les lois profondes du monde microscopique.
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 probabilité de désintégration du méson B en muon et neutrino est à peu près égale à la chance de gagner à la loterie en achetant un billet sur deux millions.
La recherche de neutrinos stériles évoque l'histoire de particules d'un monde parallèle qui ne se manifestent que rarement dans le nôtre.
Probabilité de désintégration du méson B positif en muon positif et neutrino muonique. La première incertitude est statistique, la seconde systématique.