La discrepancia en la medición de un tipo de descomposición de partículas había suscitado esperanzas de una nueva física
(nature)-Un indicio prometedor de nueva física del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo, se ha derretido, anulando una de las mejores esperanzas de los físicos para un descubrimiento importante.
La anomalía aparente fue una diferencia inesperada entre el comportamiento de los electrones y el de sus primos más masivos, los muones, cuando surgen de la descomposición de ciertas partículas.
Pero los últimos resultados del experimento LHCb en el CERN, el laboratorio de física de partículas de Europa cerca de Ginebra, Suiza, que alberga el LHC, sugieren que, después de todo, los electrones y los muones se producen a la misma velocidad.
“Mi primera impresión es que el análisis es mucho más robusto que antes”, dice Florencia Canelli, física experimental de partículas de la Universidad de Zúrich en Suiza, quien es miembro sénior de un experimento separado del LHC. Ha revelado cómo una serie de sorprendentes sutilezas conspiraron para producir una aparente anomalía, dice ella.
Renato Quagliani, físico LHCb del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana, informó los resultados en el CERN el 20 de diciembre, en un seminario que atrajo a más de 700 espectadores en línea. La colaboración LHCb también publicó dos versiones preliminares en el repositorio arXiv 1, 2.
Decaimiento desequilibrado
LHCb informó por primera vez de una tenue discrepancia en la producción de muones y electrones en 2014. Cuando las colisiones de protones produjeron partículas masivas llamadas mesones B, estas se descompusieron rápidamente. El patrón de desintegración más frecuente produjo otro tipo de mesón, llamado kaón, además de pares de partículas y sus antipartículas, ya sea un electrón y un positrón o un muón y un antimuón. El modelo estándar predijo que los dos tipos de pares deberían ocurrir aproximadamente con la misma frecuencia, pero los datos del LHCb sugirieron que los pares electrón-positrón ocurrían con más frecuencia.
Los experimentos de física de partículas frecuentemente producen resultados tempranos que se desvían ligeramente del modelo estándar, pero resultan ser casualidades estadísticas a medida que los experimentos recopilan más datos. Pero eso no sucedió esta vez. En cambio, a medida que pasaba el tiempo, la anomalía del mesón B parecía volverse más notoria, alcanzando un nivel de confianza conocido como 3 sigma 3 , aunque todavía no alcanzaba el nivel de importancia que se usa a menudo para reclamar un descubrimiento, que es 5 sigma. Varias mediciones relacionadas con mesones B también revelaron desviaciones de las predicciones teóricas basadas en el modelo estándar de física de partículas.
Los resultados informados esta semana incluyeron más datos que las mediciones anteriores de LHCb de desintegraciones de mesones B y un estudio más completo de posibles factores de confusión. Las aparentes discrepancias en las mediciones anteriores relacionadas con los kaones resultaron ser causadas en parte por la identificación errónea de otras partículas como electrones, dice el portavoz de LHCb Chris Parkes, físico de la Universidad de Manchester, Reino Unido. Aunque los experimentos del LHC son buenos para capturar muones, los electrones son más difíciles de detectar.
Reenfocando la búsqueda
Es probable que el resultado decepcione a muchos teóricos que han pasado tiempo tratando de encontrar modelos que puedan explicar las anomalías. “Estoy seguro de que a la gente le hubiera gustado que encontráramos una grieta en el modelo estándar”, dice Parkes, pero al final, “haces el mejor análisis con los datos que tienes y ves lo que te da la naturaleza”, dice. “Así es como funciona la ciencia”.
Aunque el último resultado se rumoreaba desde hace meses, su confirmación es una sorpresa, dice Gino Isidori, físico teórico de la Universidad de Zúrich que estuvo en la charla del CERN, porque parecía estar surgiendo una imagen coherente de las anomalías relacionadas. Esto podría haber apuntado a la existencia de partículas elementales nunca antes vistas que afectan la descomposición de los mesones B. Isidori le da crédito a la colaboración del LHCb por ser «honesto» al admitir que sus análisis anteriores tenían problemas, pero lamenta que la colaboración haya tardado tanto en encontrar los problemas.
Sin embargo, algunas otras anomalías, incluidas algunas registradas en desintegraciones de mesones B que no involucran kaones, aún podrían resultar reales, agrega Isidori. “No todo está perdido”.
Marcella Bona, física experimental de la Universidad Queen Mary de Londres que forma parte de otro experimento del LHC, está de acuerdo. “Parece que los teóricos ya están pensando en cómo consolarse y reenfocarse”.
Los indicios esperanzadores restantes de la nueva física incluyen una medición que encontró que la masa de una partícula llamada bosón W es mayor de lo esperado , anunciada en abril. Pero una anomalía separada, que también involucra muones, podría estar desapareciendo. El momento magnético del muón parecía ser más fuerte de lo previsto por el modelo estándar, pero los últimos cálculos teóricos sugieren que, después de todo, no lo es. En cambio, la discrepancia podría haberse originado en errores de cálculo de las predicciones del modelo estándar.
