Beauty in QGP
"A primeira observação do mesão Bs em colisões nucleares e o uso destas particulas como sondas para estudar as propriedades do plasma de quarks e gluões são apresentados pelo grupo CMS. Os resultados foram apresentados na conferência Hard Probes"
O quark b oferece uma fenomenologia muito rica e tem um papel central do ponto de vista experimental, nomeadamente no LHC. O seu decaimento ocorre por processos de mudança de geração, que tendem a envolver diagramas de ordens superiores (loops e box diagrams). Isto permite realizar testes de precisão do Modelo Padrão (SM) e confere grande sensibilidade a fenómenos para além do SM. Um exemplo claro são as chamadas anomalias de sabor, que continuam a ser o indício mais significativo de nova física nos dados actuais de colisionadores. O mesão Bs é de particular interesse nos colisionadores de hadrões (não acessível nas chamadas fábricas de hadrões B). Os fenómenos que realizam os processos mencionados acima envolvem decaimentos raros e oscilações de sabor e violação de CP. Os decaimentos dos Bs são também usados em pesquisas directas de novas partículas e para detectar e estudar a natureza de estados exóticos.
Além de facilitar os testes de precisão do SM e da elevada sensibilidade a nova física, os b quarks estão agora a ser explorados para investigar o meio quente produzido em colisões de iões pesados no LHC conhecido como plasma de quarks e gluões (QGP). Anteriormente, a presença de partículas contendo quarks b podia ser apenas inferida usando abordagens inclusivas (por exemplo, identificando partículas com quarks c ou leptões resultantes do decaimento do b, ou jactos de partículas resultantes da sua hadronização). Agora, a colaboração CMS alcançou o feito de reconstruir decaimentos completos de hadrões b no ambiente desafiante (muito cheio e confuso) das colisões nucleares no LHC.
A observação do sinal do Bs com uma significância estatística muito superior a 5 desvios-padrão foi relatada na Conferência Hard Probes.
Os resultados foram obtidos usando os dados das colisão PbPb recolhidos por CMS em Novembro de 2018. A capacidade, agora demonstrada, de medir partículas individuais através da reconstrução dos seus decaimentos permite estudos novos e precisos das propriedades do meio quente produzido nestas colisões. Essas medidas permitem estudar a hadronização do quark b na presença deste meio e estudar de que forma a perda de energia do quark à medida que atravessa o meio depende do sabor. Também é relatada a proporção das taxas de partículas Bs e B+, o que permite investigar o fenómeno de aumento da estranheza esperado na presença do QGP.
A medição foi produzida numa colaboração entre os grupos do LIP e do MIT em CMS. Estudos preliminares foram relatados numa tese de mestrado no LIP. Os estudantes de verão do LIP contribuíram para a determinação das incertezas sistemáticas dominantes.
Interpretações adicionais desses resultados de colisões PbPb beneficiarão da medição da fragmentação do quark b em colisões pp à mesma energia de 5 TeV. Este é o mesmo ingrediente central que estudámos em colisões pp a 13 TeV, no contexto da recente medição do decaimento Bs —> mumu.
Figuras:
The Bs meson signal reconstructed by CMS in PbPb collisions:
The ratio of Bs and B+ production rates in PbPb and comparison to theory and pp data:
