¿Nueva física fundamental? Fenómenos inexplicables del experimento del Gran Colisionador de Hadrones

Un evento de modelo LHCb completamente reconstruido. Las partículas identificadas como piones, kaones, etc. aparecen en diferentes colores. Crédito: CERN, Colaboración LHCb

Los resultados anunciados por el ensayo LHCb en CERN Más pistas han revelado fenómenos que nuestra teoría actual de la física fundamental no puede explicar.

En marzo de 2020, el mismo experimento dio a conocer evidencia de que las partículas rompieron uno de los principios básicos del Modelo Estándar, nuestra mejor teoría de partículas y fuerzas, que indica la posibilidad de nuevas partículas y fuerzas fundamentales.

en la actualidad, Más medidas Los físicos del Laboratorio Cavendish de Cambridge encontraron efectos similares, lo que refuerza el argumento a favor de la nueva física.

«El hecho de que vimos el mismo efecto que vieron nuestros colegas en marzo definitivamente aumenta las posibilidades de que realmente estemos a punto de descubrir algo nuevo». – Harry Cliff

El modelo estándar describe todas las partículas conocidas que componen el universo y las fuerzas que interactúan con ellas. Ha pasado todas las pruebas experimentales hasta ahora, pero los físicos saben que debe estar incompleto. No incluye la fuerza de la gravedad y no puede explicar cómo se produce la materia durante la gran explosiónNo contiene una partícula que pueda explicar la misteriosa materia oscura que la astronomía nos dice que es cinco veces más abundante que las cosas que componen el mundo visible que nos rodea.

Como resultado, los físicos han buscado durante mucho tiempo signos físicos más allá del Modelo Estándar que podrían ayudarnos a abordar algunos de estos misterios.

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Una de las mejores formas de buscar nuevas partículas y fuerzas es estudiar partículas conocidas como quarks de belleza. Se trata de extraños primos de los quarks up y down que componen sus respectivos núcleos maíz.

Los quarks de belleza no existen en gran número en todo el mundo porque tienen una vida increíblemente corta: viven en promedio solo una billonésima de segundo antes de transformarse o descomponerse en otras partículas. Sin embargo, el acelerador de partículas gigante del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones, produce miles de millones de quarks de belleza cada año, que se registra mediante un detector especialmente diseñado llamado LHCb.

Cueva experimental del LHCb en LHC- IP 8

Cueva experimental del LHCb en el LHC – IP 8. Crédito: CERN

La forma en que se descomponen los quarks de belleza puede verse afectada por la presencia de fuerzas o partículas no descubiertas. En marzo, un equipo de físicos del LHCb publicó resultados que muestran evidencia de que los quarks de belleza se descomponen en partículas llamadas muones con menos frecuencia que sus homólogos más ligeros, los electrones. Es imposible explicar esto en el Modelo Estándar, que trata a los electrones y a los muones de manera idéntica, aparte del hecho de que los electrones son unas 200 veces más ligeros que los muones. Como resultado, los quarks de belleza deben descomponerse en muones y electrones a la misma velocidad. En cambio, los físicos del LHCb encontraron que la desintegración de muones solo ocurría un 85% más a menudo con la desintegración de electrones.

La diferencia entre el resultado de LHCb y el modelo estándar fue de aproximadamente tres unidades de error experimental, o «3 sigma», como se le conoce en física de partículas. Esto significa que solo hay una probabilidad entre mil de que el resultado sea causado por una probabilidad estadística.

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Suponiendo que el resultado sea correcto, la explicación más probable es que la nueva fuerza que atrae electrones y muones con diferentes fuerzas interfiere con la forma en que estos quarks de belleza se descomponen. Sin embargo, para determinar si el efecto es real, se necesitan más datos para reducir el error experimental. Solo cuando el resultado alcance el umbral de «5 sigma», cuando haya menos de una en un millón de probabilidades de que se deba a una casualidad, los físicos de partículas comenzarán a considerarlo un descubrimiento real.

«El hecho de que vimos el mismo efecto que nuestros colegas vieron en marzo sin duda aumenta las posibilidades de que realmente estemos a punto de descubrir algo nuevo», dijo el Dr. Harry Cliff del Laboratorio Cavendish. «Es genial arrojar más luz sobre el misterio».

Hoy dia calendario Examine dos nuevos quarks de belleza en descomposición de la misma familia de descomposición que se utilizó en el resultado de Marte. El equipo encontró el mismo efecto: la desintegración del muón solo se producía en un 70% a medida que se desintegraba el electrón. Esta vez el error es mayor, lo que significa que la desviación es cercana a «2 sigma», lo que significa que hay un poco más del 2% de probabilidad de que sea el resultado de una falla estadística en los datos. Si bien el hallazgo no es concluyente por sí solo, agrega más apoyo a una creciente pila de evidencia de que nuevas fuerzas fundamentales están esperando ser descubiertas.

El profesor Val Gibson dijo: «La emoción está aumentando en el Gran Colisionador de Hadrones ya que el detector LHCb actualizado está a punto de entrar en funcionamiento y recopilar más datos que proporcionarán las estadísticas necesarias para afirmar o refutar un descubrimiento importante». Laboratorio Cavendish.

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