Experimentos del Colisionador de Hadrones exponen una física completamente nueva y desconocida

Los resultados obtenidos a partir de experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) parecen apuntar a que existe una falla fundamental en nuestro mejor modelo de física de partículas.

Deterioro muy raro de un mesón de belleza que involucra un electrón y un positrón observado en el experimento LHCb. Crédito: CERN.

Experimentos anteriores que utilizaron el aplastador de partículas de gran tamaño del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), insinuaron algo inesperado. Una partícula llamada «mesón de belleza» (o mesón b) se estaba descomponiendo de maneras que simplemente no coincidían con las predicciones del modelo estándar.

Eso significa una de dos cosas: nuestras predicciones son incorrectas o los números están fuera de lugar. Ahora, un nuevo enfoque hace que sea menos probable que las observaciones sean una mera coincidencia, y los científicos comienzan a emocionarse con la posibilidad de haber hallado algo que haría replantearnos lo que sabemos sobre las partículas y nuestra realidad.

El experimento

A lo largo de los años, el LHC se ha utilizado para crear partículas llamadas mesones, con el propósito de observar lo que sucede en los momentos posteriores a su nacimiento.

Los mesones son un tipo de hadrón, algo parecido al protón. Solo que en lugar de consistir en tres quarks en una formación estable bajo interacciones fuertes, están hechos de solo dos: un quark y un antiquark.

Incluso los mesones más estables se deshacen después de centésimas de segundo. El marco que usamos para describir la construcción y desintegración de las partículas, el modelo estándar, describe lo que deberíamos ver cuando los diferentes mesones se dividen.

El experimento LHCb es uno de los cuatro grandes experimentos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Crédito: CERN.

El mesón de belleza es un quark descendente conectado a un anti-quark inferior. Cuando las propiedades de la partícula se conectan al modelo estándar, la desintegración del mesón b debería producir pares de electrones y positrones, o muones similares a electrones y sus opuestos, anti-muones.

Este resultado de electrones o muones debe ser 50-50. Pero eso no es lo que estamos viendo en los experimentos del LHC. Los últimos resultados muestran muchos más productos de electrones y positrones que anti-muones de muones, lo que implica una verdadera ruptura con nuestros modelos.

Modelo estándar

El modelo estándar es un buen trabajo. Construido durante décadas sobre los cimientos de las teorías de campo establecidas por primera vez por el brillante teórico escocés James Clerk Maxwell, ha servido como un mapa de los reinos invisibles de muchas partículas nuevas.

Pero no es perfecto. Hay cosas que hemos visto en la naturaleza —desde la materia oscura hasta las masas de neutrinos—, que actualmente parecen estar fuera del alcance del marco del Modelo Estándar.

En momentos como este, los físicos modifican las suposiciones básicas del modelo y ven si hacen un mejor trabajo al explicar lo que estamos viendo.

That being said. The results are at 3 sigma..so we have to be very cautious about whether the Standard Model was violated or not.

— Deep Prasad (@Deepneuron) March 24, 2021

«En cálculos anteriores, se asumió que cuando el mesón se desintegra, no hay más interacciones entre sus productos», dijo el físico Danny van Dyk de la Universidad de Zurich. «En nuestros últimos cálculos hemos incluido el efecto adicional: efectos de larga distancia llamados "bucle de encanto"».

No obstante, los físicos están tomando todas las medidas necesarias para comprobar correctamente esta anomalía encontrada en el mundo de las interacciones de partículas elementales. Si se confirma, mostraría suficiente flexibilidad en el Modelo Estándar para ampliar sus límites, revelando potencialmente caminos hacia nuevas áreas de la física.

El estudio relacionado aún está esperando la revisión de pares pero ya puede leerse en el servidor de preimpresión arXiv.

Fuente: ScienceAlert. Edición: MP.