El Modelo Estándar de la física, nuestra mejor teoría de partículas y fuerzas, podría estar a puertas de una revolución. Mediciones realizadas por físicos de la Universidad de Cambridge han encontrado evidencia de partículas que rompían uno de los principios centrales de este modelo. Los detalles de la investigación están disponibles en Arxiv.org.

El modelo estándar describe todas las partículas conocidas que componen el Universo y las fuerzas a través de las cuales interactúan. Ha pasado todas las pruebas experimentales hasta la fecha y, sin embargo, los físicos saben que el modelo debe estar incompleto.

Por ejemplo, no incluye la fuerza de gravedad, ni puede explicar cómo se produjo la materia durante el Big Bang. Tampoco contiene ninguna partícula que pueda explicar la materia oscura que es cinco veces más abundante que la materia que compone el mundo visible. Por eso, los físicos llevan mucho tiempo buscando una física que resuelva algunos de estos misterios.

Primeras detecciones

Una de las mejores formas de buscar nuevas partículas y fuerzas es estudiando partículas conocidas como quarks de belleza. Estos son primos exóticos de los quarks up y down que forman el núcleo de cada átomo.

Los quarks de belleza no existen en grandes cantidades, ya que tienen una vida increíblemente corta. Solo sobreviven, en promedio, una billonésima de segundo antes de transformarse o descomponerse en otras partículas.

No obstante, el acelerador de partículas gigante del Gran Colisionador de Hadrones (CERN), produce miles de millones de quarks de belleza cada año. Afortunadamente, éstos son registrados por un detector especialmente diseñado llamado LHCb.

La forma en que decaen los quarks de belleza puede verse influenciada por la existencia de fuerzas o partículas no descubiertas. En marzo, un equipo de físicos del LHCb publicó resultados mostrando evidencia de que los quarks de belleza se descomponían en partículas llamadas muones con menos frecuencia que sus primos más ligeros, los electrones.

Esto es imposible de explicar en el Modelo Estándar, que trata a los electrones y a los muones de manera idéntica. Además, los electrones son unas 200 veces más ligeros que los muones. Como resultado, los quarks de belleza deberían descomponerse en muones y electrones a la misma velocidad.

En cambio, los físicos de LHCb encontraron que la desintegración del muon solo ocurría alrededor del 85% de la frecuencia con la que se desintegra el electrón.

5 sigma

La diferencia entre el resultado de LHCb y el modelo estándar fue de aproximadamente tres unidades de error experimental, o “3 sigma”. Es decir que solo hay una posibilidad entre mil de que el resultado sea causado por una casualidad estadística.

Suponiendo que el resultado sea correcto, la explicación más probable es que una nueva fuerza que atrae electrones y muones con diferentes fuerzas está interfiriendo con la forma en que estos quarks de belleza se descomponen.

Sin embargo, para asegurarse de que el efecto sea real, se necesitan más datos para reducir el error experimental. Solo cuando un resultado alcanza el umbral de 5 sigma, los físicos de partículas comenzarán a considerarlo un descubrimiento genuino. Un 5 sigma significa que hay menos de una en un millón de probabilidades de que se deba a una casualidad.

Nuevos resultados

El nuevo resultado examinó dos nuevas desintegraciones de quarks de belleza de la misma familia de desintegraciones utilizada en el resultado de marzo. El equipo encontró el mismo efecto: las desintegraciones de muones solo ocurrían alrededor del 70% de la frecuencia con la que se desintegra el electrón.

En este caso el error fue mayor: una desviación de alrededor de “2 sigma”. En otras palabras, solo hay un poco más del 2% de probabilidad de que se deba a una peculiaridad estadística de los datos. Si bien el resultado no es concluyente, agrega más evidencia para indicar que hay nuevas fuerzas fundamentales esperando ser descubiertas.