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Una nueva fuerza de la naturaleza emerge del mundo cuántico

Científicos de Cambridge han comprobado una anomalía persistente en el mundo de las partículas elementales más pequeñas: una fuerza natural totalmente desconocida estaría esperando ser descubierta para explicar la gravedad cuántica, el Big Bang y la materia oscura.

Científicos de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido han descubierto nuevas evidencias de que aparentemente existe en la naturaleza una fuerza totalmente desconocida hasta ahora.

Este descubrimiento es la profundización en otro anterior, que la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) anunció en marzo pasado.

Según se explicó entonces, científicos del CERN habían descubierto un comportamiento inesperado en una partícula cuántica llamada quark fondo, también conocido como quark belleza, obtenida en el gran colisionador de hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo.

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 sometidos a un proceso de desintegración.

Sin embargo, lo que descubrió el experimento LHCb es que ese proceso produce más electrones que muones: la desintegración del muón solo se produce en un 85% de la frecuencia con la que se desintegra el electrón. Solo hay una posibilidad entre mil de que este resultado sea producto de una casualidad estadística.

Para los científicos, eso 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, lo que, de confirmarse, abriría una importante fisura en el Modelo Estándar de la física de partículas.

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Vuelta de tuerca

Ahora, nuevas mediciones realizadas por físicos del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge han encontrado efectos similares, lo que sugiere que realmente existe una fuerza oculta en la naturaleza, según se explica en un comunicado.

El equipo de Cambridge examinó dos nuevas desintegraciones de quarks de belleza de la misma familia que se utilizó en el resultado de marzo.

El equipo descubrió el mismo efecto, pero con una diferencia: las desintegraciones de muones solo ocurrían alrededor del 70% de la frecuencia con la que se desintegra el electrón.

Eso significa que, en esta investigación, hay un poco más de un 2% de probabilidades de que el resultado se deba a una peculiaridad estadística de los datos, y no a ninguna fuerza misteriosa.

Nuevo desafío al Modelo Estándar

El Modelo Estándar es el santo grial de la física de partículas, la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y sus interacciones.

Es tan sólido que ha superado todas las pruebas experimentales a las que ha sido sometido, pero no explica algo tan importante como la cuarta fuerza fundamental, la gravedad.

Tampoco puede explicar cómo surgió la materia después del Big Bang, ni describir la materia oscura, omnipresente a lo largo y ancho del universo.

Por este motivo, los físicos han estado buscando durante mucho tiempo indicios de una física todavía ignota que debe existir más allá del Modelo Estándar, y que explicara algunos de estos misterios, particularmente la teórica gravedad cuántica, que casaría finalmente con las otras fuerzas fundamentales y la relatividad general.

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

Aunque los quarks de belleza no existen en grandes cantidades de forma natural, el Gran Colisionador de Hadrones produce miles de millones de ellos cada año, que son registrados por un detector especialmente diseñado llamado LHCb.

El detector de partículas LHCb. Crédito: Maximilien Brice, CERN.

Dos experimentos consistentes

La forma en que decaen los quarks de belleza puede verse influenciada por la existencia de fuerzas o partículas no descubiertas, y eso es lo que seguramente está pasando, sugieren ambos experimentos, en claro desafío al Modelo Estándar.

“El hecho de que hayamos visto el mismo efecto que nuestros colegas en marzo ciertamente aumenta las posibilidades de que realmente estemos al borde de descubrir algo nuevo”, señala uno de los investigadores, Harry Cliff. Y añade: «Es genial arrojar un poco más de luz sobre este rompecabezas».

Si bien ninguno de los dos resultados es concluyente todavía, ambos añaden más evidencia de que en el universo 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», concluye Val Gibson, del Laboratorio Cavendish, comentando los nuevos resultados.

Referencia

Tests of lepton universality using B0→K0Sℓ+ℓ− and B+→K∗+ℓ+ℓ− decays. LHCb collaboration. or arXiv:2110.09501v2 [hep-ex]

Foto superior: El supercúmulo estelar masivo y joven Westerlund 2 de la Vía Láctea y la nebulosa que es un vivero estelar Gum 29. Crédito: Zolt Levay. Flickr.

 

El detector de partículas LHCb. Crédito: Maximilien Brice, CERN.

Eduardo Martínez de la Fe

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

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