Joaquim Matias
El descubrimiento abre la vía a superar la teoría actual que explica el universo
FÍSICO
El CERN ha detectado indicios de una nueva partícula que ninguna teoría física había predicho. Joaquim Matias, del Institut de Física d’Altes Energies y de la Universitat Autònoma, ha tenido un papel destacado en el proyecto.
En lo que puede ser el inicio de una nueva era de la física, el detector LHCb de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha encontrado evidencias de una nueva partícula que no está prevista por la teoría vigente. La identidad de esta hipotética nueva partícula, sin embargo, aún es un enigma.
Si la existencia de esta nueva partícula se confirma en los próximos meses, abrirá la vía a la llamada Nueva Física, la futura teoría que debe sustituir al actual Modelo Estándar que explica el universo. Los físicos saben que el Modelo Estándar es una teoría incompleta ya que no puede dar respuesta a enigmas como la existencia de materia oscura o el predominio de la materia sobre la antimateria.
Los indicios de la nueva partícula han aparecido en el acelerador LHC del CERN, el mismo en el que se descubrió el bosón de Higgs hace cinco años. El LHC es un anillo subterráneo de 27 kilómetros de perímetro construido junto a Ginebra en el que se aceleran dos haces de partículas en direcciones opuestas casi a la velocidad de la luz. Las partículas se hacen chocar entre ellas en cuatro puntos del anillo en los que se han construido detectores para observar qué ocurre en las colisiones.
Como norma general, la energía liberada en las colisiones crea nuevas partículas cuya masa viene determinada por la célebre ecuación de Einstein E = mc2. Las nuevas partículas suelen ser inestables y se desintegran liberando energía, que forma a su vez nuevas partículas.
Las nuevas observaciones se han realizado en el detector LHCb, un instrumento de 4.500 toneladas que está especializado en analizar la desintegración de un tipo concreto de partículas llamadas mesones B. Estas partículas, formadas por un quark y un antiquark, tienen una vida media de una milésima de nanosegundo.
Según las predicciones del Modelo Estándar, un tipo concreto de mesón B llamado mesón B0, cuando se desintegra, debe producir a partes iguales electrones y muones –que son un tipo de partícula elemental emparentada con los electrones-. Pero, según las observaciones realizadas en el detector LHCb y presentadas el martes en un seminario en el CERN, los mesones B0 producen alrededor de un 30% menos de muones que de electrones.
Con los datos presentados el martes, la probabilidad de que las observaciones del detector LHCb sean debidas al azar, y no a una nueva partícula, es de aproximadamente de 1 entre 125 –o sigma 2,5 en términos estadísticos–. Según una convención aceptada por los físicos, es necesario llegar a sigma 5 –o una probabilidad entre 3,7 millones– para poder proclamar un descubrimiento. Por lo tanto, los últimos resultados por sí solos no son suficientes para dejar atrás el Modelo Estándar, que está vigente desde hace 40 años.
Pero si se combinan estas últimas observaciones con otras realizadas tanto en el CERN como en Japón en los últimos cinco años, “la discrepancia entre las predicciones del Modelo Estándar y los resultados experimentales llegan a cinco sigmas”, afirma Joaquim Matias, investigador del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) y de la Universitat Autònoma (UAB), que acaba de presentar los datos de este análisis estadístico en un artículo publicado en arXiv.org.
Estos resultados apuntan a una primera característica de la Nueva Física que hay más allá del Modelo Estándar. En esta Nueva Física no parece cumplirse la llamada universalidad leptónica, que trata a electrones y muones como partículas equivalentes.
Esto, a su vez, requiere la existencia de nuevas partículas no previstas por el Modelo Estándar. Nadie sabe todavía de qué partículas se trata. Las candidatas principales son dos tipos de partículas hasta ahora hipotéticas llamadas Z’ (pronunciar zeta prima) y leptoquark.
En estos momentos el acelerador LHC está parado como cada año entre otoño y primavera. Se volverá a poner en marcha en las próximas semanas para reanudar la búsqueda de partículas desconocidas. “Con las observaciones de los próximos meses, podremos saber mejor qué hay más allá del Modelo Estándar”, afirma Matias. Y posiblemente comprender de qué está hecha la materia oscura del universo, por qué estamos hechos de materia y no de antimateria, qué es la energía oscura que aleja a las galaxias unas de otras y otros enigmas para los que el Modelo Estándar no tiene respuesta.
Un inesperado hallazgo en el acelerador LHC revela un punto débil en el Modelo Estándar de la física de partículas