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  • Actualidad científica
  • 20/07/2011

Altas energÍas

Se observan anomalías en mesones B

Dos resultados del Tevatrón apuntan a desviaciones con respecto a las predicciones del modelo estándar sobre este tipo de partículas.

El pasado viernes se presentaron en Fermilab, cerca de Chicago, nuevos resultados que se desviaban de las predicciones teóricas. La colaboración CDF, de uno de los dos detectores del acelerador de partículas Tevatrón, anunció que observaba una tasa de desintegración de mesones B neutros en dos muones de signo opuesto unas 5 veces mayor que la predicha por el modelo estándar. Los resultados llegaban dos semanas despues de que D0, el otro experimento del acelerador, confirmase otra anomalía relacionada con la física de mesones B y que podría explicar la asimetría entre materia y antimateria en el universo.

Existen dos tipos de mesones B neutros: los formados por un (anti)quark b y un quark d, y aquellos formados por un (anti)quark b y un quark s. Los mesones B son partículas muy estudiadas porque exhiben una curiosa propiedad: se transforman espontáneamente en su propia antipartícula, y viceversa:


  • Diagrama de Feynman que muestra cómo los quarks que componen un antimesón B intercambian bosones W y quarks virtuales y la partícula acaba transformándose en su propia antipartícula. Crédito: CERN COURIER.


Desintegración en muón y antimuón

En general, toda partícula inestable puede desintegrarse de varios modos («canales») posibles. Los mesones B, además de transformarse en su propia antipartícula, pueden también desintegrarse en un muón y un antimuón. Este último proceso es extremadamente improbable: según las predicciones teóricas, ocurre una vez cada 300 millones de desintegraciones. Sin embargo, la colaboración CDF anunció el pasado viernes que observaban muchas más: una cada 56 millones de desintegraciones; también pocas, pero 5 veces más que lo predicho por la teoría.

Aunque lo anterior parece apuntar a física más allá del modelo estánadar, los datos presentados el viernes aún no se tienen por un descubrimiento definitivo. Los expertos estimaron que la probabilidad de que su resultado se debiese a una fluctuación estadística era del 0,5%. Aunque parece un nivel de confianza elevado, para proclamar un descubrimiento «oficial», en física de partículas se exige reducir la probabilidad de que los datos se deban a una fluctuación al 0,00005%.


Asimetría entre materia y antimateria

No obstante, el resultado anterior ha llamado la atención de los expertos algo más de lo habitual, ya que llega unas semanas después de que la colaboración D0 refiriese haber observado otro proceso anómalo y relacionado también con la física de mesones B. En este caso, con los procesos que hacen que este mesón oscile entre partícula y antipartícula. Su interés reside en que tales procesos podrían tener que ver con la razón por la que la naturaleza escogió hacer el universo con materia en vez de con antimateria.

Las colisiones protón-antiprotón del Tevatorón producen gran cantidad de mesones B (y anti B), de manera que los expertos decidieron contar todos los procesos en los que intervienían ese tipo de partículas y que, al final, acababan produciendo dos muones del mismo signo. Como los mesones B y anti B cambian sus identidades de manera espontánea, los procesos estudiados a veces producen dos muones y, otras veces, dos antimuones.
 
En un universo donde materia y antimateria se comportasen de la misma manera, la probabilidad de que se generen dos muones debería ser igual a la probabililidad de que se produzcan dos antimuones. Sin embargo, espués de analizar una cantidad enorme de datos, los expertos de D0 observaron en torno a un 1% más de muones que de antimuones.

Todo parece indicar a que el origen de la anomalía se debe a que la transformación B -> anti B no ocurre con la misma probabilidad que la transformación inversa, lo cual supondría una violación explícita de la simetría entre materia y antimateria. De hecho, el modelo estándar deja cierto hueco para dicha asimetría, pero las predicciones teóricas son muchísimo menores que el desequilibrio observado por la colaboración D0. Una de las preguntas que más intrigan a los físicos teóricos es por qué el universo parece preferir la materia a la antimateria, por lo que, en caso de confirmarse, el resultado presentado por D0 podría suponer un gran avance en dicha dirección.

Este mismo resultado ya fue presentado hace más de un año, pero la novedad reside en que ahora los investigadores han repetido el análisis una cantidad de datos mucho mayor y no solo han confirmado la asimetría entre la producción de muones y la de antimuones, sino que han reducido hasta un 0,005% la probabilidad de que el resultado se deba a una fluctuación estadística. Si bien de momento tampoco se trata de un descubrimiento oficial, en este caso se encuentra mucho más cerca.


Más información:

Exceso de desintegraciones de mesones B en dos muones: Fermilab Today.

Asimetría inesperada entre muones y antimuones: Fermilab Today.

Asimetría entre muones y antimuones observada en 2010: «¿Más allá del modelo estándar?», Apuntes; IyC 08/2010