Universalità leptonica al setaccio di LHCb

La collaborazione internazionale LHCb ha prodotto in questi giorni un aggiornamento della misura del cosiddetto rapporto R_K, che rappresenta un test dell’universalità del sapore leptonico di grande interesse nella fisica teorica. L'universalità in questione prevede che i tre leptoni carichi (elettroni, muoni e tauoni) abbiano interazioni del tutto identiche, fatta eccezione per effetti dovuti alle differenze di massa.

Il rapporto R_K misura quanto spesso un mesone B carico decade in un mesone K carico e una coppia muone-antimuone, rispetto al caso in cui il decadimento avviene invece in uno stato finale contenente una coppia elettrone-positrone; detto in una formula, R_K=BF(B^±→K^±μ⁺μ^-)/BF(B^±→K^±e⁺e^-), dove "BF" rappresenta la probabilità del rispettivo decadimento. Questi decadimenti sono abbastanza rari, avvenendo circa una sola volta ogni due milioni di mesoni B carichi prodotti nelle collisioni ultrarelativistiche dei protoni del Large Hadron Collider (LHC) del CERN. In base al Modello Standard delle particelle elementari, il rapporto R_K dovrebbe essere uguale all’unità con un eccellente livello di precisione.

Misure a oggi disponibili del rapporto R_K. Sono riportate le precedenti misure da parte delle collaborazioni BaBar e Belle, con incertezze ancora molto grandi, e lo storico delle misure effettuate da LHCb nel corso degli anni con campioni parziali dei dati disponibili al momento. L'ultimo punto in basso, corrispondente a una luminosità integrata di 9 fb^-1, rappresenta la misura attuale con l’interezza della statistica attualmente disponibile.

I risultati ottenuti da LHCb, impiegando tutti i dati finora acquisiti dalla partenza di LHC, mostrano invece una deviazione dal valore 1 con una significatività statistica di 3.1 deviazioni standard. La collaborazione LHCb ha già inviato un articolo sulla misura alla rivista Nature Physics, rendendolo anche accessibile sull’archivio elettronico arXiv.

Sebbene il numero di eventi accumulati non sia ancora sufficiente per poter escludere al di là di ogni ragionevole dubbio di essere in presenza di una rara fluttuazione nei dati, dato che convenzionalmente l'asticella è fissata a 5 deviazioni standard, è comunque abbastanza significativo da mettere in fermento la comunità dei fisici delle particelle. Una conferma definitiva della violazione dell’universalità del sapore leptonico avrebbe infatti conseguenze profonde sulla nostra conoscenza del mondo delle particelle elementari, richiedendo una radicale estensione del Modello Standard per includere nuove particelle al momento ignote e nuove modalità d'interazione.

Ma come ci ricorda il noto aforisma reso celebre da Carl Sagan, scoperte straordinarie richiedono prove straordinarie, motivo per cui è importante mantenere i piedi ben saldi a terra. I dati ancora da analizzare con canali di decadimento analoghi, insieme ai nuovi dati che saranno acquisiti da LHCb nella terza fase di presa dati di LHC, che inizierà a breve, ci sapranno dire con certezza se la natura effettui o meno discriminazioni di sapore tra i leptoni carichi.