Un equipo de científicos de la European Organization for Nuclear Research (CERN) ha observado un suceso increíblemente raro, que podría indicar la existencia de nueva física más allá del Modelo Estándar.

No hay nada que guste más a los físicos de partículas que hacerlas chocar entre sí y ver qué sale de todo ese lío. Este tipo de experimentos pueden ayudarnos a encontrar pruebas de partículas y procesos predichos por el Modelo Estándar de la física de partículas -como el Bosón de Higgs– o, a veces, insinuar que nos estamos perdiendo algo, como la desintegración del mesón B.

El profesor Mark Thomson, presidente del Science and Technology Facilities Council y colaborador del NA62 experiment, dijo en un comunicado:

“El Modelo Estándar describe las fuerzas fundamentales y los componentes básicos del universo. Es una teoría de gran éxito, pero hay varios misterios del universo que el Modelo Estándar no explica, como la naturaleza de la materia oscura y los orígenes del desequilibrio materia-antimateria en el universo.

Los físicos han estado buscando extensiones teóricas del Modelo Estándar. Las mediciones de procesos ultrarraros proporcionan una vía apasionante para explorar estas posibilidades, con la esperanza de descubrir nueva física más allá del Modelo Estándar.”

Suceso ultrarraro

Uno de los sucesos ultrarraros que sondea el experimento NA62 es la desintegración de un kaón cargado en un pión cargado y un par de neutrinos y antineutrinos. Los kaones, también conocidos como mesones K, son bestias extrañas (y a veces anti-extrañas). Los protones y neutrones suelen estar formados por tres quarks. En el caso de los protones, dos quarks “up” y un quark “down”; en el de los neutrones, un quark “up” y dos quarks “down”. Los kaones contienen dos quarks, combinaciones de quarks up y anti-up, quarks extraños y anti-extraños.

Un kaón es una partícula subatómica que pertenece a la familia de los mesones, que son compuestos por un par de quarks. Los kaones están formados por un quark y un antiquark. Crédito de imagen: Florida State University

Los kaones cargados (K+) están formados por un quark up y un quark antiextraño. Son de especial interés, ya que su desintegración se predice con gran precisión en el Modelo Estándar.

Hacer colisionar un haz de protones

Según estas predicciones, menos de 1 de cada 10.000 millones de kaones cargados se desintegrarán en un pión cargado y un par neutrino-antineutrino (K+ → π+νṽ). El experimento NA62 intenta buscar esta desintegración haciendo colisionar un haz de protones de alta intensidad contra un blanco estacionario, que produce partículas secundarias que pueden detectarse, medirse e identificarse (aunque los neutrinos se identifican a través de la energía perdida).

En 2020, el equipo informó de que el experimento había detectado esta rara forma de desintegración. Ahora, después de muchas más colisiones, incluidas las de mayor energía, el equipo informa de una detección de 5 sigmas, lo que significa que hay un 0.00006 por ciento de posibilidades de que la detección sea una casualidad estadística.

Cristina Lazzeroni, profesora de Física de Partículas en la University of Birmingham, dijo en un comunicado:

“Con esta medición, K+ → π+νṽ se convierte en la desintegración más rara establecida a nivel de descubrimiento – el famoso 5 sigma.

Este difícil análisis es el resultado de un excelente trabajo en equipo, y estoy extremadamente orgullosa de este nuevo resultado”.

Rara desintegración

Experimento NA62 en el CERN. Crédito de imagen: CERN

Aunque la desintegración es rara, como predice el Modelo Estándar, es alrededor de un 50 por ciento mayor de lo esperado, produciéndose unas 13 veces entre 100.000 millones. No está claro cuál es la causa de esta discrepancia entre las predicciones del Modelo Estándar y los resultados observados, con posibles explicaciones que incluyen nuevas partículas o nueva física, ambas bastante emocionantes.

Giuseppe Ruggiero, profesor de la University of Florence, dijo en un comunicado:

“Esta es la culminación de un largo proyecto iniciado hace más de una década. Buscar efectos en la naturaleza que tienen probabilidades de ocurrir del orden de 10-11 es fascinante y desafiante.

Tras un trabajo riguroso y minucioso, hemos obtenido una recompensa asombrosa a nuestro esfuerzo y entregado un resultado largamente esperado”.

Aunque el equipo ha anunciado y presentado los resultados en el CERN, más adelante se publicarán artículos completos y se llevarán a cabo más experimentos.

Los hallazgos de la investigación han sido presentados en el seminario del CERN EP.

[FT: phys.org]

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Crédito imagen de portada: depositphotos.com