El experimento del Cern apunta a una nueva fuerza de la naturaleza

Los expertos revelan una ‘emoción cautelosa’ por las partículas inestables que no se descomponen como sugiere el modelo estándar.

Los científicos del Gran Colisionador de Hadrones cerca de Ginebra han detectado una señal inusual en sus datos que puede ser el primer indicio de un nuevo tipo de física.

La colaboración del LHCb, uno de los cuatro equipos principales del LHC, analizó 10 años de datos sobre cómo las partículas inestables llamadas mesones B, creadas momentáneamente en la vasta máquina, se desintegraron en materia más familiar, como los electrones.

El marco matemático que sustenta la comprensión de los científicos del mundo subatómico, conocido como el modelo estándar de la física de partículas, sostiene firmemente que las partículas deben descomponerse en productos que incluyan electrones exactamente al mismo ritmo que en productos que incluyan un primo más pesado. del electrón, una partícula llamada muón.

Pero los resultados publicados por Cern el martes sugieren que está sucediendo algo inusual. Los mesones B no se están desintegrando de la forma en que el modelo dice que deberían: en lugar de producir electrones y muones al mismo ritmo, la naturaleza parece favorecer la ruta que termina con los electrones.

«Esperaríamos que esta partícula se desintegrara al estado final que contiene electrones y al estado final que contiene muones al mismo ritmo que los demás«, dijo el profesor Chris Parkes, físico de partículas experimental de la Universidad de Manchester y portavoz de la colaboración LHCb. «Lo que tenemos es una pista intrigante de que quizás estos dos procesos no suceden al mismo ritmo, pero no es concluyente«.

En el lenguaje de la física, el resultado tiene una significación de 3,1 sigma, lo que significa que la probabilidad de que sea una casualidad es de una entre 1.000. Si bien eso puede parecer una evidencia convincente, los físicos de partículas tienden a no reclamar un nuevo descubrimiento hasta que un resultado alcanza una significación de cinco sigma, donde la posibilidad de que sea una peculiaridad estadística se reduce a uno en unos pocos millones.

“Es una pista intrigante, pero hemos visto sigmas ir y venir antes. Sucede sorprendentemente con frecuencia”, dijo Parkes.

El modelo estándar de física de partículas describe las partículas y fuerzas que gobiernan el mundo subatómico. Construido durante el último medio siglo, define cómo las partículas elementales llamadas quarks construyen protones y neutrones dentro de los núcleos atómicos, y cómo estos, generalmente combinados con electrones, forman toda la materia conocida. El modelo también explica tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: electromagnetismo; la fuerza fuerte, que mantiene unidos los núcleos atómicos; y la fuerza débil que causa reacciones nucleares en el sol.

Pero el modelo estándar no lo describe todo. No explica la cuarta fuerza, la gravedad, y quizás más sorprendentemente, no dice nada sobre el 95% del universo que los físicos creen que no está construido a partir de materia normal.

Gran parte del cosmos, creen, consiste en energía oscura, una fuerza que parece estar impulsando la expansión del universo, y materia oscura, una sustancia misteriosa que parece mantener la red cósmica de materia en su lugar como un esqueleto invisible.

“Si resulta que, con un análisis adicional de procesos adicionales, pudiéramos confirmar esto, sería extremadamente emocionante”, dijo Parkes. Significaría que hay algo mal con el modelo estándar y que necesitamos algo adicional en nuestra teoría fundamental de la física de partículas para explicar cómo sucedería esto».

A pesar de las incertidumbres sobre este resultado en particular, Parkes dijo que cuando se combinó con otros resultados en mesones B, el caso de que algo inusual sucediera se volvió más convincente.

“Yo diría que hay una emoción cautelosa. Estamos intrigados porque este resultado no solo es bastante significativo, sino que se ajusta al patrón de algunos resultados anteriores del LHCb y otros experimentos en todo el mundo”, dijo.

Ben Allanach, profesor de física teórica en la Universidad de Cambridge, está de acuerdo en que, junto con otros hallazgos, el último resultado de LHCb es emocionante. «Realmente creo que esto se convertirá en algo«, dijo.

Si el resultado resulta ser cierto, podría explicarse por las hasta ahora hipotéticas partículas llamadas Z primos o leptoquarks que aportan nuevas fuerzas a otras partículas.

“Podría haber una nueva fuerza cuántica que haga que los mesones B se rompan en muones a una velocidad incorrecta. Los está uniendo y evitando que se descompongan en muones al ritmo que esperaríamos”, dijo Allanach. «Esta fuerza podría ayudar a explicar el patrón peculiar de las masas de las diferentes partículas de materia«.

Los mesones B contienen partículas elementales llamadas quarks de belleza, también conocidas como quarks de fondo.

Los científicos recopilarán más datos del LHC y otros experimentos en todo el mundo, como Belle II en Japón, con la esperanza de confirmar lo que está sucediendo.

Original en inglés The Guardian