Cuando la belleza está en el ojo del espectador, entonces estás contemplando un nuevo y tentador resultado que seduce a los físicos de partículas del mundo. En particular, los científicos están interesados ​​en datos recientes del detector Large Hadron Collider Beauty (LHCb), un experimento que estudia las desintegraciones de B.-mesons: partículas que contienen quarks de belleza. Durante una sesión virtual de la conferencia anual Rencontres de Moriond el martes, casi 1.000 físicos vieron la colaboración del LHCb anunciar evidencia de una discrepancia inexplicable en el comportamiento de los electrones y sus primos más pesados, los muones.

Según el Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales y las fuerzas que obedecen, menos la gravedad, los leptones son como electrones y muones.idénticos excepto por su masa. Por lo tanto, los mesones B deberían descomponerse en un kaón y dos muones al mismo ritmo que se descomponen en un kaón y dos electrones. Sin embargo, LHCb ve una diferencia en esta rara desintegración de belleza: los mesones B parecen desintegrarse en muones un 15 por ciento menos a menudo que en electrones.

«Esta nueva medición es ciertamente fascinante», dice Monika Blanke, física teórica del Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Alemania que no participó en la nueva investigación. «Si en algún momento se confirma experimentalmente, en realidad hay algo más allá del Modelo Estándar que trata los sabores de Lepton de manera diferente».

Los físicos se han preguntado durante mucho tiempo si los muones, electrones y otros leptones difieren además de su masa. El último resultado de LHCb sugiere que la respuesta puede ser sí. El hallazgo tiene una significación estadística de 3,1 sigma, que es la base estándar para la evidencia en física de partículas. Estrictamente hablando, 3.1 sigma significa que, sin nueva física, las fluctuaciones estadísticas aún llevarían a los investigadores a una discrepancia entre electrones y muones. 15 por ciento o más una vez cada 740 veces realizaron el experimento. Si bien esto parece sugerir que la discrepancia observada entre muones y electrones es casi con certeza más que un espejismo, el efecto de tres sigma en realidad está muy por debajo del estándar de oro del descubrimiento en física de partículas: cinco sigma que te hace ejecutar el experimento 3.4 millones veces antes de que se viera una coincidencia estadística tan grande. (Estos números son sutiles pero fundamentalmente diferentes de una probabilidad de uno en 740 o uno en 3.4 millones de estar equivocados).

¿Por qué tanto alboroto por las estadísticas? Numerosas discrepancias de dos y tres sigma entre electrones y muones han surgido en LHCb y otros experimentos a lo largo de los años. Sin embargo, hasta ahora ninguno de estos resultados ha sido probado: a medida que se recopilaron más datos, las diferencias entre los leptones desaparecieron y triunfó el Modelo Estándar.

“Si fuera solo uno, no estaría particularmente emocionado. Vi desaparecer otras anomalías ”, dice Gino Isidori, físico teórico de la Universidad de Zúrich que no participó en la investigación. Sin embargo, el resultado de LHCb más reciente lo anima, ya que sigue un patrón de otras mediciones que también indican diferencias entre electrones y muones. Esa es razón suficiente para Isidori y otros físicos de partículas. excitación cuidadosa.

Una cosa de belleza

El LHCb está ubicado justo en la frontera entre Francia y Suiza y es uno de los muchos detectores a lo largo del circuito de 17 millas del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Aunque el LHCb también estudia los resultados de las colisiones protón-protón, se centra en desintegraciones extremadamente raras, como las de los mesones B.

«Las desintegraciones raras son otra forma de encontrar partículas pesadas», dice Patrick Koppenburg, físico de partículas en el LHCb. En lugar de simplemente golpear protones y buscar signos de una nueva partícula en los detritos, como lo hizo el LHC en su exitosa búsqueda por fuerza bruta del bosón de Higgs, el LHCb examina ligeras desviaciones en los eventos de uno a un millón. Dicho esto, una rara desintegración del mesón B no produce directamente nuevas partículas (los muones y los kaones son viejos sombreros), pero la velocidad a la que se produce la desintegración puede depender de partículas pesadas, aún invisibles, que determinan el resultado detrás de la influencia de la escena. Por ejemplo, en la década de 1960, las desintegraciones raras de los kaones indicaron la existencia del quark encanto antes de que se descubriera directamente. LHCb está diseñado para sacar estas agujas del pajar. Aun así, el trabajo es difícil y está lleno de incertidumbres experimentales.

Entonces también hay que tener en cuenta las incertidumbres teóricas: las predicciones del Modelo Estándar con las que los investigadores comparan sus resultados. Parte del entusiasmo por el último resultado de LHCb es que la desintegración del mesón B específico es «limpia», es decir, tiene muy poca incertidumbre teórica. Al eliminar una fuente de error, es mucho más fácil determinar si la diferencia entre electrones y muones es real.

Desde la introducción del Modelo Estándar en la década de 1970, los físicos teóricos han propuesto modelos que explican esta diferencia en términos de una nueva partícula. Dos de los principales candidatos son el Z ‘(pronunciado «zee prime»), una variación del bosón Z existente, y el leptoquark, una partícula que conectaría leptones y quarks. En los próximos días y semanas, los teóricos utilizarán el último resultado para actualizar sus modelos. De hecho, se publicaron tres artículos preimpresos en menos de 24 horas desde que se anunciaron los resultados del LHCb.

Sin embargo, la física de esta rara desintegración está lejos de ser clara y se necesitan muchos más datos antes de que se pueda afirmar que una nueva partícula es la culpable. La mejor opción para la confirmación es Belle II, un experimento japonés. Mikihiko Nakao, un investigador involucrado en Belle II, cree que el LHCb tardará unos cinco años en volverse sensible.

El LHCb está actualmente fuera de servicio por mantenimiento. Sin embargo, si vuelve a abrir el próximo año con un detector actualizado, podría duplicar todos los datos de la década anterior en solo un año, según Koppenburg. En abril, los próximos resultados de Muon g-2, un experimento en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi en Batavia, Illinois, también podrían arrojar luz sobre las diferencias entre los leptones.

Los físicos entienden que este último hallazgo, un aumento en los datos, posiblemente sea solo una variación estadística. Después de haber sido decepcionado varias veces, asegúrese de cubrir sus apuestas para evitar transmitir certeza o exageraciones inapropiadas.

Pero si es real, bueno, estaría bien.



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