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11 de Septiembre de 2015
física de partículas

Dos aceleradores encuentran partículas que pueden violar las leyes conocidas de la física

El LHC y el experimento Belle hallan patrones de desintegración de partículas que violan el modelo estándar de la física de partículas.

Imagen del experimento LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que muestra las trayectorias de partículas como leptones creados en la colisión entre dos protones. LHCb y el acelerador Belle han encontrado posibles indicios sobre el hecho de que los leptones no obedecen a las leyes conocidas de la física. [CERN / Colaboración LHCb]

En las escalas más pequeñas, todo en el universo está formado por partículas. El modelo estándar de la física de partículas describe solamente el comportamiento de un pequeño número de estos componentes fundamentales, los cuales se combinan de distintas formas para construir la materia que nos rodea y definir las fuerzas que gobiernan en la naturaleza. Sin embargo, los científicos saben que el cosmos no está formado solo por las partículas que conocemos, sino que materia oscura y energía oscura contribuyen de forma sustancial a la masa del universo.

Ahora dos aceleradores han observado un comportamiento de esos componentes del modelo estándar que no estaba previsto por las leyes conocidas de la física, lo que podría sugerir la existencia de una nueva física. Los resultados no están totalmente confirmados, pero el hecho de que experimentos independientes observen un efecto similar, que también fue detectado en el año 2012 por un tercer acelerador, no deja indiferente a nadie. Según Mark Wise, del Instituto de Tecnología de California y que no participó en los experimentos, «es probable que se trate de la desviación del modelo estándar más sólida que nunca hayamos visto».

Los resultados fueron obtenidos por el experimento LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), en Suiza, y el experimento Belle en la Organización de Investigación del Acelerador de Altas Energías (KEK), en Japón. Ambos observaron un exceso de un cierto tipo de leptones en comparación con otros producidos tras la desintegración de los llamados mesones B. Los leptones representan una categoría de partículas que incluye a los electrones, los muones y las partículas tau (o tauones). Uno de los principios conocidos del modelo estándar afirma que la interacción débil, la fuerza fundamental responsable de la desintegración radiactiva, actúa de forma igual sobre todos los tipos de leptones. No obstante, tras las desintegraciones de los mesones B, las cuales deberían producir el mismo número de electrones, muones y partículas tau (tras tomar en cuenta las diferencias de masas entre cada una de ellas), los experimentos observaron que el número de tauones era mayor que el resto.

El LHC hace colisionar protones con protones, mientras que en el acelerador Belle chocan electrones con su contraparte de antimateria, los positrones. Ambos tipos de procesos a veces producen mesones B, por lo que es posible estudiar los productos finales cuando los mesones inestables se desintegran. En un artículo publicado en la revista Physical Review Letters, el equipo de LHCb ha anunciado la observación de un exceso de tauones de entre el 25 y el 30 por ciento en comparación con la frecuencia de aparición de estas partículas predicha por el modelo estándar. El experimento Belle vio un efecto similar, aunque menos pronunciado, según un artículo que está siendo examinado para su publicación en la revista Physical Review D. Los equipos de investigadores de sendos aceleradores compartieron sus hallazgos en mayo pasado durante la conferencia Flavor Physics & CP Violation 2015 en Nagoya, Japón.

Curiosamente, los resultados coinciden con los obtenidos en el año 2012 (y que fueron ampliados en 2013) por el experimento BaBar en el Acelerador Lineal de Stanford (SLAC). «Por sí mismos, ni los resultados de Belle ni los de LHCb se desvían significativamente del modelo estándar», señala Tom Browder, de la Universidad de Hawái y portavoz de Belle. Sin embargo, «junto a las conclusiones de BaBar, podemos realizar un "promedio mundial" (que combine todos los resultados), lo que proporciona una desviación de 3,9 sigmas del modelo estándar». Aunque el valor obtenido no es estadísticamente significativo (para poder proclamar que el descubrimiento es definitivo debería ser de cinco sigmas), indica que la probabilidad de que este efecto se produzca de forma casual es solamente del 0,011 por ciento.

«En este momento tenemos tres pistas sugerentes pero no concluyentes de un proceso extremadamente interesante», apunta Zoltan Ligeti, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que no participó en los experimentos. «Deberíamos conocer la respuesta definitiva dentro de unos pocos años», a medida que los experimentos vayan recogiendo más datos. Si la discrepancia es real, y no una casualidad estadística, los investigadores se enfrentarán al difícil reto de descifrar el significado del nuevo hallazgo. «Este efecto no es lo que la mayoría de los físicos habría esperado, puesto que no es fácil de adaptar a los modelos más aceptados» por la comunidad científica, concluye Ligeti.

Más información en Physical Review Letters. Una versión gratuita de ambos resultados está disponible en el repositorio arXiv, aquí y aquí.

Fuente: Clara Moskowitz / Scientific American

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