Les décroissances rares observées dans le LHC
La décroissance du méson Bs neutre en deux muons est interdite au niveau élémentaire. Il est toutefois possible d'obtenir cette décroissance au travers de transitions d'ordre supérieur, mais alors la fraction de ramification relative à la décroissance Bs -> mu+ mu- devrait être très petite comparé aux autres transitions. Les premiers indices de la décroissance Bs -> mu+ mu- ont été découverts dans les données de l'expérience LHCb (Large Hadron Collider beauty). Des résultats similaires ont été obtenus avec les données collectées par le détecteur CMS (Compact Muon Solenoid). Aucun des résultats individuels était suffisamment précis pour constituer la première observation définitive de la décroissance Bs en deux muons. Deux ensembles de données ont ensuite été analysés simultanément par une équipe de scientifiques, dans le cadre du projet PENGUIN (Search for new physics in electroweak penguin transitions at LHCb), mené au titre du programme Marie Curie. Le but était d'exploiter la puissance statistique des deux ensembles de données combinés et de tenir compte des corrélations entre ces derniers. La référence à «pingouin» date de 1977. Ce terme a été trouvé par Mary K. Gaillard, Mike Chanowitz et John Ellis pour définir les diagrammes de Feynman alors qu'ils rédigeaient un article sur les grandes théories unifiées prédisant la masse quark b avant sa découverte. La raison de cette référence aux célèbres diagrammes tenait également au fait que la décroissance Bs -> mu+ mu- faisait penser à des pingouins. Les collaborations CMS et LHCb ont engendré une analyse conjointe de données provenant de collisions de deux protons, qui ont été collectées en 2011 et 2012 à une énergie de 7 et 8 téraélectronvolts dans le centre de masse. Elles ont permis d'obtenir la preuve de la décroissance Bs -> mu+ mu- présentant une signification statistique de trois déviations standard. Les scientifiques ont combiné les deux ensembles de données en fixant une valeur commune pour chaque fraction de ramification concernant les données issues des deux expériences. Ils ont déterminé les fractions de ramification à partir du nombre de mésons Bs observés qui décroissaient en deux muons et le nombre total de mésons Bs produit. L'adaptation simultanée des données CMS et LHCb a tiré profit d'un plus grand échantillon de données pour augmenter la précision tout en tenant bien compte des corrélations. De cette façon, les scientifiques ont pu établir l'existence de la décroissance Bs -> mu+ mu- et obtenir les meilleures mesures réalisées jusqu'à présent des fractions de ramification. Les résultats prometteurs ont été publiés dans la revue Nature.
Mots‑clés
Décroissances rares, LHC, modèle standard, méson Bs, muons, LHCb, PENGUIN
