Experimento completamente reconstruido. Las partículas identificadas como piones, kaon, etc. se muestran en diferentes colores. Crédito: CERN, LHCb Colaboración
Resultados anunciados por el experimento del Gran Colisionador de Hadrones (LHCb) en CERN han revelado más pistas para fenómenos que no pueden ser explicados por nuestra actual teoría de la física fundamental.
En marzo de 2020, el mismo experimento reveló evidencia de partículas que rompen uno de los principios básicos de la Modelo Estándar – nuestra mejor teoría de partículas y fuerzas – sugiriendo la posible existencia de nuevas partículas y fuerzas fundamentales.
Ahora, otras medidas por físicos del Laboratorio Cavendish de Cambridge han encontrado efectos similares, impulsando el caso de una nueva física.
"El hecho de que hayamos visto el mismo efecto que nuestros colegas en marzo sin duda aumenta las posibilidades de que realmente estemos a punto de descubrir algo nuevo". — harry acantilado
El modelo estándar describe todas las partículas conocidas que componen el universo y las fuerzas a través de las cuales interactúan. Ha superado todas las pruebas experimentales hasta la fecha y, sin embargo, los físicos saben que debe estar incompleto. No incluye la fuerza de la gravedad, ni puede explicar cómo se produjo la materia durante el Big Bang, y no contiene ninguna partícula que pueda explicar la misteriosa materia oscura que, según la astronomía, es cinco veces más abundante que la que forma el mundo visible que nos rodea.
Como resultado, los físicos han estado buscando durante mucho tiempo signos de física más allá del modelo estándar que podrían ayudarnos a abordar algunos de estos misterios.
Una de las mejores formas de Buscar para nuevas partículas y fuerzas es estudiar partículas conocidas como quarks de belleza. Estos son primos exóticos de los quarks arriba y abajo que forman el núcleo de cada átomo.
Los quarks de belleza no existen en grandes cantidades en el mundo que los rodea, ya que tienen una vida increíblemente corta: sobreviven en promedio solo una billonésima de segundo antes de transformarse o descomponerse en otras partículas. Sin embargo, miles de millones de quarks de belleza son producidos cada año por el acelerador de partículas gigante del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones, que son registrados por un detector especialmente diseñado llamado LHCb.
La forma en que decaen los quarks de belleza puede verse influenciada por la existencia de fuerzas o partículas no descubiertas. En marzo, un equipo de físicos del LHCb publicó resultados que mostraban evidencia de que los quarks bellos se descomponían en partículas llamadas muones con menos frecuencia que sus primos más ligeros, los electrones. Esto es imposible de explicar en el Modelo Estándar, que trata de forma idéntica a los electrones y los muones, aparte del hecho de que los electrones son unas 200 veces más ligeros que los muones. Como resultado, los quarks de belleza deberían desintegrarse en muones y electrones a la misma velocidad. En cambio, los físicos de LHCb descubrieron que la descomposición del muón solo ocurría alrededor del 85% de la frecuencia con la que se desintegraba el electrón.
La diferencia entre el resultado del LHCb y el modelo estándar fue de unas tres unidades de error experimental, o '3 sigma', como se conoce en física de partículas. Esto significa que solo hay una probabilidad entre mil de que el resultado sea causado por una casualidad estadística.
Suponiendo que el resultado sea correcto, la explicación más probable es que una nueva fuerza que atrae a los electrones y muones con diferentes intensidades interfiere con la forma en que estos quarks de belleza se desintegran. Sin embargo, para estar seguro de que el efecto es real, se necesitan más datos para reducir el error experimental. Solo cuando un resultado alcanza el umbral de '5 sigma', cuando hay menos de una probabilidad entre un millón de que se deba a una probabilidad aleatoria, los físicos de partículas comenzarán a considerarlo un descubrimiento genuino.
“El hecho de que hayamos visto el mismo efecto que nuestros colegas en marzo sin duda aumenta las posibilidades de que realmente estemos a punto de descubrir algo nuevo”, dijo el Dr. Harry Cliff del Laboratorio Cavendish. "Es genial arrojar un poco más de luz sobre el rompecabezas".
Hoy resultado examinó dos nuevas desintegraciones de quarks de belleza de la misma familia de desintegraciones que se usaron en el resultado de marzo. El equipo encontró el mismo efecto: las desintegraciones de muones solo ocurrían alrededor del 70% de las desintegraciones de electrones. Esta vez el error es mayor, lo que significa que la desviación es de alrededor de '2 sigma', lo que significa que hay un poco más del 2 % de probabilidad de que se deba a una peculiaridad estadística de los datos. Si bien el resultado no es concluyente por sí solo, agrega más apoyo a una creciente cantidad de evidencia de que hay nuevas fuerzas fundamentales que esperan ser descubiertas.
“La emoción en el Gran Colisionador de Hadrones está creciendo justo cuando el detector LHCb mejorado está a punto de encenderse y se recopilarán más datos que proporcionarán las estadísticas necesarias para afirmar o refutar un descubrimiento importante”, dijo el profesor Val Gibson, también del Laboratorio Cavendish.
