Algo sorprendente ha ocurrido en el acelerador de partículas del CERN

La probabilidad de que ocurriera era de menos de 1 en 10 mil millones... pero sucedió, y podría abrir la puerta a descubrir una nueva física que trascienda el conocimiento actual sobre las partículas fundamentales y sus interacciones.

El experimento NA62 en el CERN. Crédito: CERN.

Durante un seminario realizado hace unos días en el CERN, la colaboración NA62 anunció la confirmación inequívoca de un proceso de desintegración de partículas sumamente raro, en el que un kaón cargado positivamente se convierte en un pión positivo y un par neutrino-antineutrino. Si bien otros experimentos, incluido el NA62, ya habían observado este fenómeno, es la primera vez que se logra con una significancia estadística de cinco desviaciones estándar —el umbral necesario en física de partículas para considerar un descubrimiento oficial—.

Este tipo de desintegración, denotada como K+→π+νν, es una de las más raras jamás observadas. Según el Modelo Estándar de la física de partículas, menos de uno de cada 10 mil millones de kaones cargados positivamente deberían desintegrarse de esta manera.

«El resultado es el punto culminante de un proyecto que comenzó hace más de una década», dijo Giuseppe Ruggiero, portavoz del experimento NA62. «Buscar efectos en la naturaleza con probabilidades de ocurrir del orden de 10⁻¹¹ es tanto fascinante como desafiante. Tras un arduo y riguroso trabajo, finalmente hemos observado el proceso para el cual se diseñó y construyó NA62».

¿Por qué estudiar una desintegración tan rara?

Los modelos teóricos sugieren que la desintegración K+→π+νν es extremadamente sensible a posibles desviaciones del Modelo Estándar, lo que la convierte en un proceso ideal para buscar señales de nueva física. Cualquier desviación detectada podría ser un indicio de fenómenos aún no comprendidos en el universo subatómico.

Analizando datos recolectados entre 2016 y 2022, los investigadores de NA62 midieron que la proporción de kaones cargados positivamente que se desintegran de esta manera es de 13.0 +3.3 -2.9 × 10⁻¹¹. Con una precisión relativa del 25 %, esta es la medición más precisa de la desintegración K+→π+νν hasta la fecha.

Un kaón es una partícula subatómica que pertenece a la familia de los mesones, que son compuestos por un par de quarks. En específico, los kaones están formados por un quark y un antiquark. Existen diferentes tipos de kaones, siendo los más comunes el kaón positivo (K⁺), el kaón negativo (K⁻) y el kaón neutro (K⁰). Crédito: J-PARC.

El resultado es aproximadamente un 50 % mayor que la predicción del Modelo Estándar, pero es compatible con ella dadas las incertidumbres generales. Con la recolección de más datos en marcha, el NA62 podría estar en condiciones de poner a prueba la posibilidad de nueva física en esta desintegración en los próximos años.

«Buscar pistas de nueva física en esta desintegración requiere más datos, pero este resultado representa un gran avance y refuerza el fuerte interés en esta línea de investigación», comentó Karim Massri, coordinador de física del NA62.

El experimento NA62 y su precisión mejorada

En el experimento NA62, los kaones se generan al impactar un haz de protones de alta intensidad del Super Sincrotrón de Protones (SPS) del CERN contra un blanco fijo. Como resultado, se producen casi mil millones de partículas secundarias por segundo, de las cuales alrededor del 6 % son kaones cargados positivamente. El NA62 identifica y mide con precisión los productos de desintegración de los kaones, detectando todas las partículas, excepto los neutrinos, cuya presencia se deduce a partir de la energía faltante.

Los datos cruciales para este resultado provienen de 2021 y 2022, tras la finalización de mejoras en el detector que permitieron a NA62 operar con intensidades de haz un 30 % más altas. Estas actualizaciones, junto con técnicas de análisis de datos más avanzadas, permitieron recolectar candidatos de señal un 50 % más rápido que antes, al mismo tiempo que se introdujeron nuevas herramientas para suprimir procesos de fondo que podrían imitar la desintegración K+→π+νν.

«Esta medición depende de identificar la desintegración de uno entre 10 mil millones de kaones que corresponde a nuestra señal y asegurarse de que no se trate de uno de los otros 9.999.999.999 eventos que pueden simularla», explicó Joel Swallow, analista de datos principal del NA62. «Toda la colaboración NA62 ha hecho posible este resultado, que parecía casi imposible de lograr».

Este avance marca un hito significativo en la búsqueda de nueva física y en la comprensión de las interacciones de las partículas subatómicas, y podría llevar a descubrimientos aún más sorprendentes en el futuro cercano.

Fuente: CERN. Edición: MP.