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Artículo publicado por Elizabeth Gibney el 3 de septiembre de 2015 en Nature News

El colisionador observa la misma anomalía apreciada por otros dos experimentos, pero se necesitan más datos para reafirmar el descubrimiento.

Una intrigante señal procedente de Gran Colisionador de Hadrones (LHC) podría demostrar ser la grieta que resquebraje el Modelo Estándar, la mejor descripción actual dentro de la física sobre cómo interactúan la materia y las fuerzas.

El análisis de los datos recopilados durante 2011–12 en el colisionador del CERN, el laboratorio de física de partículas europeo cercano a Ginebra, Suiza, sugiere que en ciertas desintegraciones, unas partículas de vida corta conocidas como mesones-B crean taus más frecuentemente de lo que crean muones. (Taus y muones son primos más pesados de los electrones). Pero el Modelo Estándar dice que, teniendo en cuenta la diferencia de masa de las partículas, la desintegración debería ocurrir exactamente al mismo nivel. El hallazgo se publicará en el ejemplar de este mes de la revista Physical Review Letters (y está en el servidor de arXiv1 desde junio).

Visión del experimento LHCb

Visión del interior del experimento LHCb Crédito: CERN

La discrepancia en la tasa de desintegración, observada por el experimento LHCb del colisionador, es pequeña y no puede afirmarse como descubrimiento, dado que la anomalía puede ser una mera fluctuación estadística que podría desaparecer cuando se recopilen más datos sobre la desintegración de los mesones-B. El umbral usual para la física de partículas para poder anunciar un descubrimiento, en la jerga estadística, es de 5 sigmas; la señal del LHCb sólo ha alcanzado 2.1 sigmas.

Pero los físicos están entusiasmados debido a que también se ha observado la misma anomalía en dos experimentos previos: el experimento ‘BaBar’ en el SLAC National Accelerator Laboratory en Menlo Park, California, que informó de la misma en 20122, y el experimento ‘Belle’ en el High Energy Accelerator Research Organization (KEK) en Tsukuba, Japón, que informó de sus últimos resultados en una conferencia en mayo. Los resultados del LHCb dan en el clavo respecto a los dos anteriores, dice Mitesh Patel, físico en el Imperial College de Londres, quien no trabajó en el experimento.

“Una diferencia de dos sigmas en una única medida no es interesante por sí misma”, señala Tara Shears, física de partículas en la Universidad de Liverpool, en el Reino Unido, y miembro de la colaboración LHCb. “Pero una serie de diferencias de 2 sigma, encontrados en distintos tipos de desintegración, y de forma independiente por distintas personas en distintos experimentos, se convierte en algo muy intrigante, ciertamente”.

¿Una nueva física?

El año pasado, LHCb encontró un sesgo similar, con valor significativo de 2,6 sigmas, en la desintegración de otro tipo de mesones-B, esta vez con una preferencia a desintegrarse en electrones en luar de muones. Lo que hace tan apasionantes a ambas medidas es que, si los resultados demuestran ser reales, apuntarían a la misma nueva física subyacente, comenta Shears.

Ambos sesgos podría explicarse potencialmente, por ejemplo, proponiendo otro tipo de bosón de Higgs, el cual posee carga e interacciona de forma distinta con las distintas partículas implicadas en las desintegraciones. La supersimetría, una popular teoría que busca extender el Modelo Estándar, predice dichos bosones de Higgs múltiples, aunque Patel dice que, si la señal demuestra ser real, ésta sería una de las muchas explicaciones potenciales.

Don Lincoln, físico en otro experimento del LHC llamado CMS, advierte de que los hallazgos aún son probablemente una fluctuación estadística, o una incertidumbre incorrectamente estimada en el experimento, más que algo real. Pero observar esta discrepancia en múltiples lugares debería hacer que la gente preste atención. “Claramente, hay algo que debe estudiarse en mayor detalle”, apunta.

Los hallazgos se basan en los datos procedentes de la primera ejecución del LHC, y los físicos tendrán que esperar todavía otro año para recopilar una cantidad de datos similar de la segunda ejecución del colisionador, que dio comienzo el 3 de junio. Mientras tanto, el equipo del LHCb examinará otras desintegraciones similares para ver si aparecen más sesgos, señala Patel.

Los físicos de los experimentos CMS y ATLAS persiguen sus propios resultados interesantes. Buscan directamente nuevas partículas (al contrario que LHCb, que intenta observar tales partículas por su influencia indirecta sobre las desintegraciones conocidas). Tanto CMS como ATLAS han visto ‘baches’ de baja relevancia en la misma región de masa de sus datos, alrededor de los 2 teraelectrón-volts (TeV), lo cual podría estar provocado por la desintegración de una nueva partícula, aunque no está claro si los hallazgos son completamente compatibles. El último artículo de ATLAS, disponible en arXiv, fija la significación estadística de la señal en 3,4 sigmas.

Desde la década de 1970, los experimentos han tenido tiempo para demostrar una y otra vez la precisión del Modelo Estándar. Aun así, su fracaso al intentar incorporar fenómenos como la gravedad y la materia oscura, lleva a muchos físicos a pensar que no es más que una mera aproximación de otra descripción subyacente. Patel dice que encuentra los prometedores resultados de LHCb más convincentes que los observadores en los experimentos rivales, pero que estaría feliz de verlos surgir como una realidad cuando se tengan más datos y análisis. “El Modelo Estándar se ha mantenido durante demasiado tiempo, y lo asumiremos sea cual sea la forma en la que llegue”.

Referencias:

Nature doi:10.1038/nature.2015.18307

1.- LHCb collaboration. Preprint at http://arxiv.org/abs/1506.08614 (2015).

2.- Lees, J. P. et al. Phys. Rev. Lett. 109, 101802 (2012).

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