experimento LHCb

El localizador de vértices (VELO) está construido alrededor de la región de interacción del protón. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Se utiliza para medir las trayectorias de las partículas cerca del punto de interacción con el fin de separar con precisión los vértices primarios y secundarios.

El detector opera a 7 milímetros (0,28 pulgadas) del haz del LHC. Esto implica un flujo enorme de partículas; VELO ha sido diseñado para soportar fluencias integradas de más de ^10¹⁴ p/cm² ^por año durante un período de aproximadamente tres años. El detector opera en vacío y se enfría a aproximadamente −25 °C (−13 °F) mediante un sistema de CO₂ bifásico _. Los datos del detector VELO son amplificados y leídos por el ASIC Beetle .    

El detector RICH-1 ( detector Cherenkov de imágenes en anillo ) está ubicado justo después del detector de vértice. Se utiliza para la identificación de partículas en trazas de bajo momento .

El sistema de seguimiento principal se ubica antes y después del imán dipolar. Se utiliza para reconstruir las trayectorias de las partículas cargadas y medir sus momentos. El sistema de seguimiento consta de tres subdetectores:

• El Tracker Turicensis, un detector de tiras de silicio ubicado antes del imán dipolar del LHCb
• El rastreador externo. Un detector basado en un tubo de pajita ubicado después del imán dipolar que cubre la parte exterior de la aceptación del detector.
• El detector Inner Tracker, basado en una tira de silicio, se encuentra después del imán dipolar que cubre la parte interior del detector.

Tras el sistema de seguimiento se encuentra RICH-2. Este permite identificar el tipo de partícula en trayectorias de alto momento.

Los calorímetros electromagnéticos y hadrónicos proporcionan mediciones de la energía de electrones , fotones y hadrones . Estas mediciones se utilizan a nivel de disparo para identificar partículas con un momento transversal elevado (partículas de alto Pt). La figura también muestra componentes del SPD/PS que fueron retirados durante la actualización 1 junto con M1.

El sistema de muones se utiliza para identificar y activar los muones en los eventos.

A finales de 2018, el LHC se cerró para realizar mejoras, y actualmente está previsto que se reinicie a principios de 2022.Para el detector LHCb, casi todos los subdetectores se modernizarán o reemplazarán. ^{[ 8 ]} Contará con un sistema de seguimiento completamente nuevo, compuesto por un localizador de vértice modernizado, un rastreador aguas arriba (UT) y un rastreador de fibra centelleadora (SciFi). Los detectores RICH también se actualizarán, al igual que toda la electrónica del detector. Sin embargo, el cambio más importante es la transición al disparador totalmente por software del experimento, lo que significa que cada colisión registrada será analizada por sofisticados programas de software sin un paso intermedio de filtrado por hardware (que en el pasado se consideraba un cuello de botella). ^{[ 9 ]}

LHCb está diseñado para estudiar hadrones de belleza y encanto . Además de estudios de precisión de partículas conocidas como el misterioso X(3872) , el experimento ha descubierto varios hadrones nuevos. Hasta 2021, los cuatro experimentos del LHC habían descubierto alrededor de 60 hadrones nuevos en total, la gran mayoría de ellos por LHCb. ^{[ 13 ]} En 2015, el análisis de la desintegración de bariones lambda bottom (Λ ⁰ _b ) en el experimento LHCb reveló la aparente existencia de pentaquarks , ^{[ 14 ] [ 15 ]} en lo que se describió como un descubrimiento "accidental". ^{[ 16 ]} Otros descubrimientos notables son los del barión "doblemente encantado".${\displaystyle \Xi _{\rm {cc}}^{++}}$en 2017, siendo el primer barión conocido con dos quarks pesados; y del tetraquark totalmente encantado${\displaystyle \mathrm {T} _ {\rm {cccc}}}$en 2020, compuesto por dos quarks encanto y dos antiquarks encanto.

El estudio de la violación de la paridad de carga (CP) en las desintegraciones de mesones B es el principal objetivo de diseño del experimento LHCb. A partir de 2021, las mediciones de LHCb confirman con notable precisión el modelo descrito por el triángulo de unitaridad CKM . El ángulo${\displaystyle \gamma \,\,(\alpha _{3})}$La precisión del triángulo de unitariedad se conoce ahora en unos 4°, y concuerda con determinaciones indirectas. ^{[ 20 ]}

En 2019, el experimento LHCb anunció el descubrimiento de una violación de CP en las desintegraciones de mesones charm. ^{[ 21 ]} Esta es la primera vez que se observa una violación de CP en las desintegraciones de partículas distintas de los kaones o los mesones B. La tasa de la asimetría de CP observada se encuentra en el límite superior de las predicciones teóricas existentes, lo que despertó cierto interés entre los teóricos de partículas con respecto al posible impacto de la física más allá del Modelo Estándar. ^{[ 22 ]}

En 2020, LHCb anunció el descubrimiento de una violación de CP dependiente del tiempo en las desintegraciones de mesones B _s . ^{[ 23 ]} La frecuencia de oscilación de los mesones B _s a su antipartícula y viceversa se midió con gran precisión en 2021.

Las desintegraciones raras son los modos de desintegración que se suprimen drásticamente en el Modelo Estándar, lo que las hace sensibles a los posibles efectos de mecanismos físicos aún desconocidos.

En 2014, los experimentos LHCb y CMS publicaron un artículo conjunto en Nature anunciando el descubrimiento de la desintegración muy rara.${\displaystyle \mathrm {B} _{\rm {s}}^{0}\to \mu ^{+}\mu ^{-}}$, cuya tasa se encontró cercana a las predicciones del Modelo Estándar. ^{[ 24 ]} Esta medición ha limitado drásticamente el espacio de parámetros posible de las teorías de supersimetría, que han predicho un gran aumento en la tasa. Desde entonces, LHCb ha publicado varios artículos con mediciones más precisas en este modo de desintegración.

Se encontraron anomalías en varias desintegraciones raras de mesones B. El ejemplo más famoso es el llamado${\displaystyle \mathrm {P} _{5}^{'}}$Se encontró un observable angular en la desintegración.${\displaystyle \mathrm {B} ^{0}\to \mathrm {K} ^{*0}\mu ^{+}\mu ^{-}}$, donde la desviación entre los datos y la predicción teórica ha persistido durante años. ^{[ 25 ]} Las tasas de desintegración de varias desintegraciones raras también difieren de las predicciones teóricas, aunque estas últimas tienen incertidumbres considerables.

En el Modelo Estándar, se espera que los acoplamientos de los leptones cargados (electrón, muón y tau) con los bosones de gauge sean idénticos, y que la única diferencia radique en las masas de los leptones. Este postulado se conoce como "universalidad del sabor leptónico". En consecuencia, en las desintegraciones de hadrones b, los electrones y los muones deberían producirse a tasas similares, y la pequeña diferencia debida a las masas de los leptones se puede calcular con precisión.

LHCb ha encontrado desviaciones de estas predicciones al comparar la tasa de desintegración.${\displaystyle \mathrm {B} ^{+}\to \mathrm {K} ^{+}\mu ^{+}\mu ^{-}}$a la de${\displaystyle \mathrm {B} ^{+}\to \mathrm {K} ^{+}\mathrm {e} ^{+}\mathrm {e} ^{-}}$, ^{[ 26 ]} y en procesos similares. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Sin embargo, como las desintegraciones en cuestión son muy raras, es necesario analizar un conjunto de datos más amplio para poder llegar a conclusiones definitivas.

En marzo de 2021, LHCb anunció que la anomalía en la universalidad leptónica superó el umbral de significancia estadística de "3 sigma " , lo que se traduce en un valor p de 0,1%. ^{[ 29 ]} El valor medido de${\displaystyle R_{\rm {K}}={\frac {{\mathcal {B}}(\mathrm {B} ^{+}\to \mathrm {K} ^{+}\mu ^{+}\mu ^{-})}{{\mathcal {B}}(\mathrm {B} ^{+}\to \mathrm {K} ^{+}\mathrm {e} ^{+}\mathrm {e} ^{-})}}}$donde símbolo${\displaystyle {\mathcal {B}}}$denota la probabilidad de que ocurra una determinada desintegración, se encontró que era${\displaystyle 0.846_{-0.041}^{+0.044}}$mientras que el Modelo Estándar predice que estará muy cerca de la unidad. ^{[ 30 ]} En diciembre de 2022, mediciones mejoradas descartaron esta anomalía. ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}

En agosto de 2023 se unió a las búsquedas en desintegraciones leptónicas.${\displaystyle b\rightarrow s\ell ^{+}\ell ^{-}}$por el LHCb y las desintegraciones semileptónicas${\displaystyle b\rightarrow s\ell \nu }$por Belle II (con${\displaystyle \ell =e,\mu }$) establecer nuevos límites para las violaciones de universalidad. ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 34 ] [ 35 ]}

LHCb ha contribuido a estudios de cromodinámica cuántica, física electrodébil y ha proporcionado mediciones de sección transversal para la física de astropartículas. ^{[ 36 ]}