¿Qué pasaría si las probabilidades de que ocurriera un evento fueran de una entre diez mil millones? Este es el caso de la desintegración de una partícula cargada positivamente conocida como kaón en otra partícula cargada positivamente llamada pión y un par neutrino-antineutrino. Todavía, un evento tan raro, que nunca se ha observado con certeza, es algo que los físicos de partículas realmente quieren tener en sus manos. ¿La razón? El modelo estándar predice probabilidades de uno en diez mil millones con una incertidumbre de menos del diez por ciento. Una desviación de esta predicción, revelado por una medición precisa de la descomposición, Por tanto, podría ser un claro indicador de la física más allá del Modelo Estándar.

En un seminario que tiene lugar hoy en el CERN, la colaboración NA62 informa sobre un evento candidato de esta desintegración de kaones ultra rara que se encontró utilizando un nuevo enfoque de "desintegración en vuelo". Si bien este único evento no se puede utilizar para sondear más allá de la física del modelo estándar, Demuestra que el enfoque funciona bien y se puede aplicar para capturar más eventos en la próxima ejecución de toma de datos. que comienza a mediados de abril. El resultado también se presentó a principios de este mes en la conferencia Rencontres de Moriond en La Thuile, Italia.

Para buscar kaon decae, El equipo NA62 primero produce haces ricos en kaones disparando protones de alta energía desde el acelerador Super Proton Synchrotron (SPS) hacia un objetivo de berilio. La colisión crea un rayo de casi mil millones de partículas por segundo, sólo alrededor del 6% de los cuales son kaones. Próximo, el equipo envía el rayo a través de un detector Cherenkov, que identifica positivamente los kaones de la radiación de Cherenkov que producen. A continuación, un detector de píxeles de silicio determina el impulso de los kaones con una resolución temporal de 100 picosegundos. Un dispositivo llamado rastreador de pajitas, colocado dentro del tanque de vacío, a su vez mide el impulso de las partículas hijas cargadas en las que decaen los kaones, y otro detector Cherenkov llamado RICH determina el tipo de partículas. Otros dispositivos conocidos como calorímetros rechazan los eventos de fondo no deseados con fotones y muones.

En su análisis de los datos tomados a lo largo de 2016, el equipo de NA62 identificó un evento candidato de la desintegración de un kaón cargado positivamente en un pión cargado positivamente y un par neutrino-antineutrino que escapa sin ser detectado. El resultado permitió a los investigadores poner un límite superior a la frecuencia relativa, o "fracción ramificada", de la desintegración de 14 en 10 mil millones. El resultado es compatible con la predicción del modelo estándar, que es 8.4 en 100 mil millones (con una incertidumbre de 1), pero se necesitan más datos para sondear más allá de las teorías del modelo estándar, que predicen desviaciones del valor del modelo estándar.

Esta no es la primera vez que se observan indicios de esta descomposición. El experimento E949 y su predecesor E787 han informado previamente de varios eventos candidatos en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Long Island. Nueva York. Estos eventos candidatos se han utilizado para inferir una fracción de ramificación de 17.3 en 100 mil millones (con una incertidumbre de aproximadamente 11), que es consistente, dentro de grandes errores, con la predicción del modelo estándar.

Pero hay una diferencia entre los experimentos de Brookhaven y NA62:mientras que el primero observó que el kaon decae con las partículas en reposo en un objetivo, NA62 los observa mientras las partículas están en vuelo dentro del tanque de vacío. Este nuevo enfoque en vuelo tiene ventajas porque proporciona mucho más espacio para la detección y la inmunidad a eventos de fondo.

El equipo de NA62 espera identificar más eventos de la rara desintegración de kaones en el análisis en curso de un conjunto de datos veinte veces más grande tomado en 2017, y comenzará a tomar datos nuevamente a mediados de abril por un número récord de 218 días. Si todo va según lo planeado la colaboración debería poder medir la fracción de ramificación de la desintegración con una incertidumbre lo suficientemente pequeña como para realizar una prueba precisa del Modelo Estándar.