Encontraron evidencias sobre la existencia de una nueva física fundamental

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) provocó entusiasmo en todo el mundo cuando los físicos de partículas informaron pruebas alentadoras de nueva física, potencialmente una nueva fuerza de la naturaleza. Ahora, el nuevo resultado, que aún no ha sido revisado por pares, del colisionador de partículas gigantesco de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en inglés) parece estar agregando respaldo a la idea.

Nuevas mediciones realizadas por físicos del Laboratorio Cavendish de Cambridge han encontrado efectos similares, lo que impulsa aún más la teoría sobre la existencia de una nueva física.

El modelo estándar describe todas las partículas conocidas que componen el universo y las fuerzas a través de las cuales interactúan. Ha pasado 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 la astronomía nos dice que es cinco veces más abundante que la materia que forma el planeta, el mundo visible que nos rodea.

Como resultado, los físicos han estado buscando durante mucho tiempo signos de la física más allá del modelo estándar conocido que pudiera ayudar a abordar algunos de estos misterios.

Una de las mejores formas de buscar nuevas partículas y fuerzas es estudiar las ya conocidas como quarks de belleza. Estos son primos exóticos de los quarks up y down que forman el núcleo de cada átomo.

Conservar la belleza

Los quarks de belleza no existen en grandes cantidades en el mundo conocido, 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, el acelerador de partículas gigante del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones, produce miles de millones de quarks de belleza cada año, 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 pasado, un equipo de físicos del LHCb publicó resultados que muestran evidencia de que los quarks de belleza se descomponían en partículas llamadas muones con menos frecuencia que en sus primos más ligeros, los electrones.

Esto es imposible de explicar en el modelo estándar de la física conocida, que trata a los electrones y a los muones de manera idéntica, sumado al el hecho de que los electrones son unas 200 veces más ligeros que los muones. Como resultado, los quarks de belleza deberían descomponerse en muones y electrones a la misma velocidad. En cambio, los físicos de LHCb descubrieron que la desintegración del muón solo ocurría alrededor del 85% de la frecuencia con la que se desintegra el electrón.

La diferencia entre el resultado de LHCb y el modelo estándar fue de aproximadamente tres unidades de error experimental, o “3 sigma”, como se le conoce en física de partículas. Esto significa que solo hay una posibilidad 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 electrones y muones con diferentes fuerzas está interfiriendo con la forma en que estos quarks de belleza se descomponen. Sin embargo, para asegurarse de que el efecto sea 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 casualidad, los físicos de partículas comenzarán a considerarlo un descubrimiento genuino.

“El hecho de que hayamos visto ahora el mismo efecto que nuestros colegas en marzo ciertamente aumenta las posibilidades de que realmente estemos al borde de descubrir algo nuevo -explicó Harry Cliff del Laboratorio Cavendish, uno de la gran cantidad de especialistas abocados a la investigación-.”Es genial arrojar un poco más de luz sobre el rompecabezas”.

El resultado de hoy examinó dos nuevas desintegraciones de quarks de belleza de la misma familia de desintegraciones que se utilizó en el resultado de marzo pasado. El equipo encontró el mismo efecto: las desintegraciones de muones solo ocurrían alrededor del 70% de la frecuencia con la que se desintegra el electrón. 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 esperando 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 recopilan más datos que proporcionarán las estadísticas necesarias para afirmar o refutar un descubrimiento importante”, concluyó Val Gibson, también del Laboratorio Cavendish, y copartícipe de la investigación.

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