Vea También
Los físicos de la Colaboración LHCb (Large Hadron Collider beauty) del CERN han realizado nuevas pruebas de la universalidad de los leptones, uno de los principios básicos del Modelo Estándar de la física de partículas. Este principio establece que el Modelo Estándar trata los tres leptones cargados -electrones, muones y taus- de forma idéntica, excepto por las diferencias debidas a sus diferentes masas. Las nuevas mediciones muestran el mismo patrón coherente de desviaciones de la universalidad de los leptones que se observó en los resultados anteriores de la Colaboración LHCb.
El Modelo Estándar describe todas las partículas conocidas que componen el Universo y las fuerzas con las que 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.
Tampoco contiene ninguna partícula que pueda explicar la misteriosa materia oscura.
Por ello, los físicos llevan mucho tiempo buscando indicios de física más allá del Modelo Estándar que puedan ayudarnos a resolver algunos de estos misterios.
Una de las mejores formas de buscar nuevas partículas y fuerzas es estudiar las partículas conocidas como quarks de belleza.
Se trata de primos exóticos de los quarks up y down que componen el núcleo de cada átomo.
Los quarks de belleza no existen en gran número en el mundo, ya que son increíblemente efímeros: sobreviven una media de una trillonésima de segundo antes de transformarse o decaer en otras partículas.
Sin embargo, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN produce miles de millones de beauty quarks cada año, que son registrados por un detector especialmente diseñado para ello llamado LHCb.
La forma en que los beauty quarks se desintegran puede estar influida por la existencia de fuerzas o partículas no descubiertas.
En marzo, la Colaboración LHCb publicó los resultados que demostraban que los quarks belleza decaían en partículas llamadas muones con menos frecuencia que en sus primos más ligeros, los electrones.
Esto es imposible de explicar en el Modelo Estándar, que trata a los electrones y a los muones de forma idéntica, aparte del hecho de que los electrones son unas 200 veces más ligeros que los muones.
En consecuencia, los quarks de belleza deberían decaer en muones y electrones a igual velocidad.
En cambio, los físicos del LHCb descubrieron que la desintegración de muones solo se producía con un 85% de frecuencia respecto a la de electrones.
La diferencia entre el resultado del LHCb y el Modelo Estándar era de unas tres unidades de error experimental, o "3 sigma" como se conoce en física de partículas. Esto significa que solo hay una posibilidad entre mil de que el resultado se deba a una casualidad estadística.
Suponiendo que el resultado sea correcto, la explicación más probable es que una nueva fuerza que tira de los electrones y los muones con distinta fuerza está interfiriendo en la forma en que estos quarks de belleza se descomponen. Sin embargo, para estar seguros de que el efecto es real se necesitan más datos para reducir el error experimental.
Solo cuando un resultado alcance el umbral "5 sigma", cuando haya menos de una posibilidad entre un millón de que se deba al azar, los físicos de partículas empezarán a considerarlo un auténtico descubrimiento.
"El hecho de que hayamos observado el mismo efecto que nuestros colegas en marzo aumenta las posibilidades de que estemos realmente a punto de descubrir algo nuevo. Es estupendo arrojar un poco más de luz sobre el rompecabezas", dijo el Dr. Harry Cliff, físico del Laboratorio Cavendish.
El nuevo resultado examinó dos nuevas desintegraciones de quarks de belleza de la misma familia de desintegraciones utilizadas en el resultado anterior.
El equipo descubrió el mismo efecto: las desintegraciones de muones solo se producían con un 70% de frecuencia en comparación con las desintegraciones de electrones.
"La emoción en el Gran Colisionador de Hadrones crece justo cuando el detector LHCb actualizado está a punto de encenderse y se recogen más datos que proporcionarán las estadísticas necesarias para afirmar o refutar un descubrimiento importante", dijo el profesor Val Gibson, también del Laboratorio Cavendish.
Fuentes, créditos y referencias:
Tests of lepton universality using B0→K0Sℓ+ℓ− and B+→K∗+ℓ+ℓ− decays. Phys. Rev. Lett, in press; arXiv: 2110.09501
Imagen: La descomposición de un mesón B0 en un K0 y un par electrón-positrón en el detector LHCb, que se utiliza para una prueba sensible de la universalidad de los leptones en el Modelo Estándar. Crédito de la imagen: CERN.