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Descubren un boquete en el Modelo Estándar

El Modelo Estándar de la física de partículas se tambalea como nunca después de que el experimento LHCb del CERN detectara una anomalía que viola el comportamiento conocido del mundo cuántico: insinúa la existencia de nuevas partículas o interacciones fundamentales.

Investigadores de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) han descubierto una importante fisura en el Modelo Estándar de la física de partículas que, si se confirma, anunciaría una nueva física de dimensiones todavía imprecisas.

El descubrimiento es importante porque sacude la teoría científica que describe la estructura fundamental de la materia y el vacío, y nos explica cómo funciona el mundo en el que vivimos.

El Modelo Estándar describe todas las partículas elementales (las que no pueden descomponerse en entidades más pequeñas) que integran el universo, así como las fuerzas con las que interactúan, lo que ha dado en llamarse el mundo cuántico.

El Modelo Estándar, sin embargo, no ha conseguido explicarlo todo, particularmente las constantes físicas fundamentales, la materia oscura o la energía oscura. Por este motivo, se considera un modelo que necesita ser perfeccionado.

Hasta ahora, casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el Modelo Estándar (nuclear fuerte, electromagnética y nuclear débil) están de acuerdo con sus predicciones.

Sin embargo, el modelo no explica la cuarta fuerza, la gravedad: la relatividad general, que describe el campo gravitatorio, no termina de encajar con los modelos matemáticos del mundo cuántico.

Boquete en el Modelo Estándar

En este contexto, el experimento LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) del CERN ha obtenido unos resultados que, de confirmarse, abrirían un boquete considerable en el Modelo Estándar.

Se trata de un comportamiento inesperado encontrado en una partícula subatómica llamada quark fondo, también conocido como quark belleza, que generalmente no se encuentra en la naturaleza, sino que se obtiene en el gran colisionador de hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo.

El comportamiento inesperado o anomalía registrado en el quark belleza podría ser el resultado de su interacción con otra partícula subatómica desconocida que ejerce sobre esa partícula una fuerza imprecisa.

Según el Modelo Estándar, los quarks de belleza deberían descomponerse en cantidades iguales de electrones y muones (partículas pertenecientes a la segunda generación de leptones), cuando son sometidas a un proceso de desintegración.

Lo que ha descubierto el experimento LHCb es que ese proceso produce más electrones que muones, lo que para los científicos significa que una partícula no descubierta todavía, a la que han llamado leptoquark, influye en el proceso de desintegración y propicia la producción de esos electrones adicionales.

Nuevo proceso físico

«Si se confirmara una violación de la universalidad del sabor de los leptones, implicaría un nuevo proceso físico, como la existencia de nuevas partículas o interacciones fundamentales», explica el profesor Chris Parkes, de la Universidad de Manchester, en un comunicado.

La desviación obtenida en este experimento es consistente con un patrón de anomalías medidas en procesos similares por LHCb y otros experimentos en todo el mundo durante la última década, lo que refuerza la certeza de la anomalía obtenida en este registro.

Los nuevos resultados añaden la proporción de probabilidades de desintegración con mucha mayor precisión que las mediciones anteriores y, por primera vez, utilizan todos los datos recopilados por el detector LHCb hasta ahora.

Según estos registros, la probabilidad de que los datos obtenidos sean compatibles con las predicciones del Modelo Estándar son de alrededor del 0,1%. Eso significa que la probabilidad de que el resultado sea una casualidad es de aproximadamente de una entre 1.000.

Emoción en el mundo científico

El descubrimiento, que se dio a conocer en la conferencia Moriond sobre interacciones electrodébiles y teorías unificadas, así como durante un seminario organizado en línea por el CERN, ha suscitado emoción en el mundo científico, destaca The Guardian.

Aunque se toma con cautela el resultado obtenido, también se considera suficientemente convincente y que la fuerza que influye en los quark belleza podría explicar el patrón peculiar de las masas de las diferentes partículas de materia.

La investigación se profundizará en el seno del LHCb para aclarar la posible existencia de nuevos efectos físicos evocados en las desintegraciones reveladas ahora.

Se espera que el experimento LHCb comience a recopilar nuevos datos el próximo año, tras las mejoras previstas en el detector. Si se confirma el resultado revelado ahora, podría ser uno de los mayores descubrimientos recientes en física.

Los resultados se han presentado para su publicación en la revista Nature Physics, pero ya se encuentran disponibles en arXiv.

Referencia

Test of lepton universality in beauty-quark decays. Experiment LHCb. arXiv:2103.11769 [hep-ex]

Foto superior: desintegración de partículas en el detector LHCb. Crédito: CERN.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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