Nuevo análisis de los resultados del gran colisionador de hadrones confirma que está sucediendo algo extraño

La sala experimental del LHCb

Una anomalía que desafía la teoría ha persistido en los últimos resultados de un experimento del Gran Colisionador de Hadrones, según los nuevos resultados.

El acelerador de partículas más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, Suiza, contiene una serie de experimentos que buscan responder a las preguntas sin respuesta sobre la naturaleza del universo. En su mayoría, estos experimentos han descartado teorías que describen varias partículas exóticas para explicar la materia oscura . Pero uno de los experimentos, llamado LHCb, ha descubierto una pequeña desviación entre lo que han medido y lo que predice la teoría central de la física de partículas, llamado Modelo Estándar. Después de tres años de análisis de datos, la discrepancia persiste, una señal potencial de nueva física.

Los aceleradores de partículas buscan nuevas partículas esencialmente utilizando la ecuación E = mc 2 (que esencialmente dice que la energía y la masa son equivalentes) : aceleran las partículas a casi la velocidad de la luz y las aplastan juntas dentro de los detectores, donde la energía liberada se convierte en partículas que no se ven a menudo en la Tierra. Así es como los físicos descubrieron el bosón de Higgs , por ejemplo. Pero como este método de producción directa no produce nuevas partículas, otros experimentos buscan indirectamente indicios de nueva física, por ejemplo, al observar cómo las partículas se descomponen en otras partículas.

Entre las desintegraciones más intensamente estudiados es la rara B 0 → K * 0 μ + μ - caries , o, en pocas palabras, un mesón B en descomposición a un kaón y dos muones . Para un poco de antecedentes: los átomos están hechos de electrones, protones y neutrones; los protones y neutrones están hechos de quarks. Hay seis tipos de quarks (cada uno de los cuales tiene una antipartícula, que es básicamente la misma partícula con la carga opuesta). Los seis quarks se llaman arriba, abajo, extraño, encanto, superior e inferior. La partícula B 0 contiene un quark abajo y un quark anti-fondo. Después de que el LHC crea estas partículas B 0 , se descomponen. Los físicos están más interesados ​​en el raro evento cuando decae a un K * 0 , que consiste en un quark abajo y un quark anti-extraño (que se decae aún más), más dos muones (los muones son como un primo más pesado del electrón).

¿Qué tiene de emocionante la decadencia? En algunos aspectos de la descomposición, lo que los físicos realmente miden difiere ligeramente de sus expectativas (una de las cuales escribimos aquí ). Estas diferencias aún no han pasado la llamada prueba de cinco sigma; la comunidad de la física ha acordado una diferencia de cinco desviaciones estándar entre el experimento y la teoría como indicativo de un descubrimiento verdadero. Básicamente, piense en cada uno de los miles de millones de colisiones por segundo que ocurren en el LHC como su propio experimento. Algunas de esas colisiones producirán partículas B 0 , y algunas de esas partículas B 0 se desintegrarán de la forma específica que los físicos quieren estudiar. Los físicos necesitan ejecutar el experimento muchas, muchas veces para construir suficientes estadísticas para saber si lo que observan está de acuerdo con la teoría o no.

Esta semana, los físicos del LHCb anunciaron que una de esas discrepancias entre la teoría y el experimento ha persistido con más datos. No nos acerca al descubrimiento del anuncio , porque no aumenta la significancia estadística ni nos acerca a cinco desviaciones estándar . Pero al menos proporciona una verificación de coherencia, dado que más datos han hecho desaparecer otras discrepancias del LHC .

Para este análisis, la tensión se centra en la combinación de ángulos que viajan las partículas después de que B 0 decae. Si bien el físico del LHCb Patrick Koppenburg se adentra en los detalles aquí , básicamente, estos ángulos representan dónde van las partículas resultantes durante la desintegración. Los físicos pueden usar estos ángulos para calcular asimetrías, como entre los dos muones que se mueven hacia adelante y hacia atrás. La asimetría de muones concuerda principalmente con el modelo estándar, pero para una asimetría calculada en base a una combinación de los ángulos restantes en el sistema de desintegración, el modelo estándar predice un valor diferente de lo que han medido los experimentadores.

En cuanto a qué podría causar la discrepancia, aún no está claro. Quizás las partículas desconocidas sean las culpables. Pero los físicos no han descartado explicaciones más mundanas, como interacciones entre quarks que podrían estar exhibiendo su propio efecto.

Aún así, este tipo de tensiones pueden ser el origen de nuevas y emocionantes historias de física. Koppenburg le dijo a Gizmodo que están buscando incorporar datos tomados en 2017 y 2018 en el análisis. "Cuantos más datos hay, más atención se necesita", dijo.

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