Cuando el acelerador gigante del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), lanzado hace diez años, crecían las esperanzas de que pronto se descubrirían nuevas partículas que podrían ayudarnos a desentrañar los misterios más profundos de la física. Materia oscura, agujeros negros microscópicos y dimensiones ocultas Eran solo algunos De las posibilidades. Pero independientemente Un descubrimiento asombroso Desde el bosón de Higgs, el proyecto tiene Fracasar en Proporcione pistas sobre lo que podría haber detrás El modelo estándar de física de partículasNuestras mejores teorías actuales sobre el pequeño universo.
Entonces tenemos Nuevo papel Desde LHCb, Uno de los cuatro experimentos gigantes del LHCProbablemente haría que los corazones de los físicos lataran un poco más rápido. Después de analizar los billones de colisiones que han ocurrido durante la última década, podemos ver evidencia de algo completamente nuevo, potencialmente el portador de una fuerza completamente nueva de la naturaleza.
Pero el entusiasmo se ve atenuado por la extrema cautela. El Modelo Estándar ha resistido todas las pruebas experimentales que se le han hecho desde que se compiló en la década de 1970, por lo que afirmar que finalmente estamos viendo algo que no puede explicar requiere evidencia extraordinaria.
Extraña anomalía
El modelo estándar describe la naturaleza en las escalas más pequeñas, incl. Partículas fundamentales Se les conoce como leptones (como electrones) y quarks (que pueden combinarse para formar partículas más pesadas como protones y neutrones) y las fuerzas que interactúan con ellos.
Hay muchos tipos diferentes de quarks, algunos de los cuales son inestables y pueden descomponerse en otras partículas. El nuevo hallazgo se relaciona con la anomalía experimental que fue Se insinuó por primera vez en 2014.Cuando los físicos del LHCb descubren la «belleza», los quarks se descomponen de formas inesperadas.
Específicamente, los quarks de belleza parecían descomponerse en leptones llamados «muones» con menos frecuencia que en electrones. Esto es extraño porque el muón es esencialmente una copia al carbón del electrón, idéntico en todo excepto que es unas 200 veces más pesado.
Es de esperar que los quarks de belleza se descompongan en muones tal como lo haría con los electrones. La única forma en que estas aberraciones podrían ocurrir a diferentes velocidades es si algunas partículas nunca antes vistas estuvieran involucradas en la desintegración e invirtieran las escalas contra los muones.
Si bien el resultado de 2014 fue interesante, no fue lo suficientemente preciso como para llegar a una conclusión definitiva. Desde entonces, han aparecido otras anomalías en procesos relacionados. Todos eran individualmente tan precisos que los investigadores no podían estar seguros de que fueran verdaderos marcadores de la nueva física, pero, sorprendentemente, todos parecían apuntar en una dirección similar.
La gran pregunta era si estas anomalías se volverían más fuertes a medida que se analizaran más datos o se disolvieran en la nada. En 2019, LHCb realizó La misma medida De Quark Beauty se está desvaneciendo nuevamente, pero con datos adicionales tomados en 2015 y 2016. Pero las cosas no estaban mucho más claras que hace cinco años.
Nuevos resultados
El resultado de hoy duplica el conjunto de datos actual al agregar la muestra registrada en 2017 y 2018. Para evitar sesgos accidentales, los datos se analizaron «a ciegas»: los científicos no pudieron ver el resultado hasta que todos los procedimientos utilizados en la medición fueran probados y revisados.
Mitch PatelUn físico de partículas del Imperial College de Londres y uno de los pioneros del experimento describió la emoción que sintió cuando llegó el momento de observar el resultado. «En realidad estaba temblando», dijo, «me di cuenta de que esto era probablemente lo más emocionante que había hecho en mis 20 años en física de partículas».
Cuando apareció el resultado en la pantalla, la anomalía todavía estaba allí: aproximadamente 85 muones se desintegran por cada 100 electrones, pero con menos incertidumbre que antes.
Lo que entusiasmará a muchos físicos es que la incertidumbre en el resultado ahora está por encima de «tres sigma», la forma en que los científicos dicen que solo hay una probabilidad entre mil de que el resultado sea una coincidencia aleatoria de los datos. Tradicionalmente, los físicos de partículas llaman «guía» a cualquier cosa más que tres sigma. Sin embargo, todavía estamos lejos de un «descubrimiento» u «observación» probado, que requiere cinco sigma.
Los teóricos han demostrado que esta anomalía (y otras) se puede explicar reconociendo la presencia de partículas completamente nuevas que influyen en las formas en que los quarks se desintegran. Una posibilidad es una partícula fundamental llamada «Z Prime», que es, en esencia, un portador de una fuerza natural completamente nueva. Esta fuerza será muy débil, por lo que aún no hemos visto signos de ella, e interactuará con electrones y muones de manera diferente.
Otra opción es la predeterminada.Leptocarc« – una partícula con la capacidad única de descomponerse en quarks y leptones simultáneamente y podría ser parte de un rompecabezas más grande que explique por qué vemos partículas que creamos en la naturaleza.
interpretación de resultados
¿Hemos visto finalmente evidencia de nueva física? Bueno, tal vez, tal vez no. Hacemos muchas de las mediciones en el LHC, por lo que es de esperar que al menos algunas de ellas se alejen mucho del modelo estándar. Y nunca podemos descartar la posibilidad de que haya algún sesgo en nuestra experiencia que no tomamos en cuenta adecuadamente, a pesar de que este resultado ha sido examinado con extraordinaria precisión. Al final, la imagen será más clara con más datos. Actualmente, el LHCb está experimentando una importante actualización para aumentar drásticamente la tasa de registro de colisiones.
Incluso si la anomalía persiste, es probable que se acepte por completo una vez que un ensayo independiente confirme los resultados. Una posibilidad interesante es que podamos descubrir las nuevas partículas responsables del efecto que se crea directamente en las colisiones en el LHC. Mientras tanto, el Experiencia Belle II En Japón debería poder realizar medidas similares.
Entonces, ¿qué podría significar esto para el futuro de la física fundamental? Si lo que estamos viendo realmente es un presagio de algunas nuevas partículas fundamentales, finalmente será el gran avance que los físicos han estado anhelando durante décadas.
Finalmente, habremos visto una parte de la imagen más grande que queda fuera del Modelo Estándar, lo que finalmente nos permitirá revelar cualquier cantidad de acertijos específicos. Estos incluyen la naturaleza de la materia oscura invisible que llena el universo o la naturaleza del bosón de Higgs. Incluso puede ayudar a los teóricos a unificar partículas y fuerzas fundamentales. O, quizás lo mejor de todo, podría referirse a algo en lo que nunca habíamos pensado.
Entonces, ¿deberíamos estar emocionados? Sí, resultados como este no se dan a menudo, el acecho definitivamente está en marcha. Pero también debemos ser cautelosos y humildes; Las afirmaciones inusuales requieren pruebas extraordinarias. Solo el tiempo y el trabajo duro determinarán si finalmente hemos visto el primer destello de lo que se esconde detrás de nuestra comprensión actual de la física de partículas.
Este artículo antes Harry CliffFísico de partículas Universidad de Cambridge; Konstantinos Alexandros Petridis, Profesor Titular de Física de Partículas, Universidad de bristol, Y el Volúmenes de Paula AlvarezProfesor de Física de Partículas, Universidad de Cambridge, Se volvió a publicar desde Conversacion Bajo una licencia Creative Commons. Leer el El articulo original.
