En 2018, le Grand collisionneur de hadrons a mené une collecte de données particulière : le détecteur CMS a capté des collisions de protons à une vitesse effrénée pour accumuler dix milliards de particules contenant un quark beauté. Ces particules, les mésons B, vivent des fractions de seconde infimes et se désintègrent en particules plus légères, comme un train surchargé qui lâche ses wagons en marche.
Le modèle standard prédit la fréquence à laquelle les différents types de mésons B devraient être produits, mais des mesures précises sont nécessaires pour vérifier ces prédictions. Les scientifiques de la collaboration CMS ont mesuré combien de B+, B0 et B0s sont produits — trois variétés qui se distinguent par le quark léger associé au quark beauté. Il s'avère que les rapports de leurs quantités varient en fonction de l'énergie et de l'angle d'émission de la particule.
Pour obtenir ces chiffres, les physiciens ont utilisé deux modes de désintégration des mésons B : en particules contenant un quark charmé (ces désintégrations apparaissent comme des gerbes de particules ordinaires) et en particules contenant un J/ψ (ces désintégrations laissent une signature nette de deux muons). En comparant les deux modes, ils ont également précisé la fréquence à laquelle les mésons B choisissent l'un ou l'autre chemin de désintégration.
Le test de la symétrie d'isospin — l'idée que le proton et le neutron devraient se comporter de manière identique dans les interactions fortes — a montré que, dans les limites de précision des mesures, la symétrie est respectée. C'est une brique de plus dans les fondations de notre compréhension de la façon dont les quarks s'assemblent pour former des particules.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais 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.
Les mésons B contiennent un quark beauté qui est quatre fois plus lourd que le proton, mais ils ne vivent qu'environ une picoseconde et demie — pendant ce temps, la lumière parcourt moins d'un millimètre.
Dans la série « Star Trek », on mentionne des technologies à base de quarks, mais les vrais mésons B sont trop éphémères pour servir de carburant à un moteur à distorsion.