Corriente neutra que cambia el sabor

En física de partículas , las corrientes neutras que cambian el sabor o corrientes neutras que cambian el sabor ( FCNC, por sus siglas en inglés) son una clase de interacciones hipotéticas entre partículas elementales . Estas interacciones cambiarían el sabor de una partícula (es decir, su tipo, como un quark extraño que se convierte en un quark down ) sin cambiar su carga eléctrica .

En el Modelo Estándar de la física de partículas, las interacciones dominantes de "nivel de árbol" no pueden producir FCNC. Esto se describe mediante el mecanismo GIM . Sin embargo, las FCNC pueden ocurrir a través de procesos más complejos de orden superior (los llamados "diagramas de bucle"), pero estos son extremadamente raros. Debido a que las FCNC están tan fuertemente suprimidas en el Modelo Estándar, los físicos las consideran un fenómeno de "fondo cero". Cualquier observación clara de una FCNC sería un fuerte indicador de física más allá del Modelo Estándar .

Los experimentos en colisionadores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones , y las búsquedas específicas, como el experimento MEG , buscan activamente evidencia de FCNC. Hasta ahora, los resultados han sido en gran medida consistentes con las predicciones del Modelo Estándar. La falta de FCNC observadas impone importantes limitaciones al desarrollo de nuevas teorías y modelos en física.

Las corrientes neutras que cambian el sabor son interacciones predichas por algunas teorías, y su existencia potencial se estudia a través de los términos lagrangianos que las describirían. Si ocurren en la naturaleza, estos procesos pueden inducir fenómenos que aún no se han observado experimentalmente. Si bien las FCNC pueden ocurrir en el Modelo Estándar más allá del nivel del árbol , están altamente suprimidas por el mecanismo GIM . Varias colaboraciones han buscado FCNC. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} El experimento CDF del Tevatron observó evidencia de FCNC en la desintegración del mesón B extraño a mesones phi en 2005. ^{[ 4 ]}

Las FCNC se predicen genéricamente en teorías que intentan ir más allá del Modelo Estándar, como los modelos de supersimetría o tecnicolor . Su supresión es necesaria para que haya concordancia con las observaciones, lo que convierte a las FCNC en importantes restricciones para la construcción de modelos.

Consideremos un modelo de juguete en el que un bosón S no descubierto puede acoplarse tanto al electrón como al tau ( τ ⁻) a través del término

${\displaystyle S{\bar {\psi }}_{e}\psi _{\tau }}$

Dado que el electrón y el tau tienen cargas iguales, la carga eléctrica de S debe anularse claramente para respetar la conservación de la carga eléctrica. Un diagrama de Feynman con S como partícula intermedia puede convertir un tau en un electrón (más algunos productos de desintegración neutros de S ).

El experimento MEG ^{[ 5 ]} en el Instituto Paul Scherrer cerca de Zúrich buscará un proceso similar, en el que un antimuón se desintegra en un fotón y un antielectrón (un positrón ). En el Modelo Estándar, dicho proceso procede únicamente por emisión y reabsorción de un W ^{+ cargado.}, lo que cambia el μ ⁺en un neutrino al emitirse y luego en un positrón al reabsorberse, y finalmente emite un fotón que se lleva consigo cualquier diferencia de energía , espín y momento .

En la mayoría de los casos de interés, el bosón involucrado no es un nuevo bosón S sino el convencional Z ⁰ bosón mismo. ^{[ 6 ]} Esto puede ocurrir si el acoplamiento a corrientes neutras débiles es (ligeramente) no universal. El acoplamiento universal dominante al  bosón Z no cambia de sabor, pero las contribuciones no universales subdominantes sí pueden hacerlo.

Las FCNC que involucran al bosón Z para los quarks  de tipo down en transferencia de momento cero generalmente se parametrizan mediante el término de acción efectiva.

${\displaystyle {\frac {g}{2\cos \theta _{\text{W}}}}{\overline {d}}_{L\alpha }U_{\alpha \beta }\gamma ^{\mu }d_{L\beta }Z_{\mu }}$

Este ejemplo particular de FCNC es el que más se estudia porque tenemos algunas restricciones bastante fuertes que provienen de la desintegración de B ⁰ mesones en Belle y BaBar . Las entradas fuera de la diagonal de U parametrizan las FCNC y las restricciones actuales las limitan a ser menores de una parte en mil para | U _bs |. La contribución proveniente de las correcciones del Modelo Estándar de un bucle es en realidad dominante, pero los experimentos son lo suficientemente precisos como para medir pequeñas desviaciones de la predicción del Modelo Estándar.

Los experimentos tienden a centrarse en corrientes neutras que cambian el sabor en lugar de corrientes cargadas , porque la corriente neutra débil ( Z ⁰ bosón) no cambia de sabor en el Modelo Estándar propiamente dicho a nivel de árbol, mientras que las corrientes cargadas débiles ( W ^± bosones) lo hacen. La nueva física en eventos de corriente cargada se vería abrumada por un mayor número de W ^± interacciones de bosones; la nueva física en la corriente neutra no quedaría enmascarada por un gran efecto debido a la física ordinaria del Modelo Estándar.

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