El descubrimiento «inesperado» del LHC podría reescribir nuestra comprensión de la física de partículas

Los resultados podrían conducir al descubrimiento de nuevas partículas o incluso nuevas fuerzas que podrían ayudar a explicar los misterios del Universo, como la materia oscura.

Nuestro conjunto de reglas que describen la física de partículas puede estar amenazado, según los resultados publicados por el CERN. Leer más: Gran Colisionador de Hadrones descubre cinco partículas subatómicas ocultas

El modelo estándar de la física de partículas es un conjunto de leyes que describe todo lo que sabemos hoy sobre los elementos más fundamentales de la naturaleza. Ahora, los datos del Gran Colisionador de Hadrones están poniendo a prueba sus límites.

Si bien el modelo estándar funciona increíblemente bien para describir cosas como cómo se unen los átomos, cómo funciona la radiactividad, por qué el protón es estable y cómo se formó el universo, tiene algunas limitaciones. No puede explicar la gravedad, por ejemplo, porque es incompatible con la mejor explicación de cómo funciona la gravedad (relatividad general) ni explica las partículas de materia oscura.

Además, la teoría cuántica utilizada para describir las partículas pequeñas en el mundo y la teoría general de la relatividad utilizada para describir el mundo de los objetos más grandes son difíciles de reconciliar. Aún no ha sido posible hacerlos compatibles matemáticamente en el contexto del modelo estándar.

Durante años, los físicos han estado tratando de encontrar formas de romper las reglas y encontrar nuevas teorías, y los últimos experimentos de belleza del LHC, o LHCb, han identificado pistas que se extienden más allá de este modelo estándar.

Los resultados podrían conducir al descubrimiento de nuevas partículas o incluso nuevas fuerzas, que algún día podrían ayudar a explicar los misterios del Universo, como la materia oscura.

«Desviaciones como la que vemos ahora son muy interesantes en el sentido de que si hay nuevas partículas, significa que finalmente podemos usar esos nuevos bloques de construcción», dijo a DyN Noticias Freya Blekman, física del CERN y profesora de la Universidad de Vrije en Bruselas. .

Los datos más recientes provienen del estudio de la descomposición de una partícula, denominada mesón B, que consta de un quark inferior y un quark superior. «Esta partícula es bastante común», dice Blekman. «Debido a la naturaleza de la física de partículas, cualquier partícula inestable, como el mesón B, se descompone en partículas más estables de una manera muy similar a las reacciones químicas y radiactivas», dice. «A esto lo llamamos la desintegración de una partícula».

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El modelo estándar predice muchas de las formas en que esta casa puede deteriorarse. Cuando el mesón B se descompone a través de una determinada vía, termina como un mesón K, que está formado por un quark extraño y un quark ascendente, más un par de leptones, ya sean electrones o muones.

«Se está poniendo interesante ahora», dice Blekman. Para esta descomposición específica, el modelo estándar predice las posibilidades de que la desintegración resulte en un par de electrones aproximadamente iguales a las posibilidades de que alcance un par de muones. Esto se conoce como universalidad leptónica. Leer más: Se capturó por primera vez un «puente» de materia oscura que mantiene unidas a las galaxias

Si mide la proporción de cuántas veces aparecen dos muones sobre el número de apariciones de dos electrones y corrige cualquier diferencia en la forma en que se detectan, la proporción debe ser 1 o muy cercana a 1. En cambio, los resultados de LHCb muestran que los muones son producido mucho más raro que los electrones.

«El LHCb no mide 1, mide un número mucho más cercano a 0,7», dice Blekman. «La diferencia es de aproximadamente 2,2 a 2,5 desviaciones estándar, lo que significa que hay una probabilidad de una en 80 de que esta medida siga siendo coherente con 1.»

En física de partículas, los resultados deben alcanzar al menos tres desviaciones estándar antes de ser considerados un descubrimiento. «Para los físicos de partículas, este resultado es tentador, pero no hay evidencia de nada», dice Blekman.

Aunque no es lo suficientemente significativo estadísticamente como para ser concluyente, los físicos están emocionados porque otro experimento mostró evidencia de un comportamiento similar. Si resulta ser cierto, podría significar dos cosas diferentes.

«O la universalidad del leptón no es cierta, o está sucediendo algo extra, por ejemplo, una nueva partícula intermedia adicional», dice Blekman. «Demostrar y explicar, en ambas direcciones, sería asombroso y cambiaría por completo la forma en que entendemos cómo se pega la materia», continúa, «especialmente si hay nuevas partículas, nuevas fuerzas que pueden explicar cosas como la materia oscura en la galaxia o cómo El universo se ha formado «.

El LHC comenzará de nuevo el próximo mes después de una hibernación invernal, y los físicos esperan ver más resultados en el próximo conjunto de experimentos.

«Se necesitan más datos y observaciones de desintegraciones similares para aclarar si estos índices son solo una fluctuación estadística o los primeros signos de nuevas partículas que extenderían y completarían el modelo estándar de física de partículas», dijo un comunicado del CERN.

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