Los mesones B son inestables: solo viven una fracción de segundo antes de transformarse en otras partículas. Al estudiar estas transformaciones, los investigadores esperan detectar la influencia de fuerzas o partículas nuevas que el Modelo estándar ignora.
Imagen de ilustración Pixabay
El experimento LHCb en el LHC está especialmente diseñado para capturar estas desintegraciones raras, registrando miles de millones de colisiones para encontrar los pocos eventos donde ocurren las desintegraciones "pingüino". En estos casos, el mesón B se transforma en un kaón, un pión y dos muones – una firma a la vez rara y rica en información. Los ángulos según los cuales estas partículas hijas se alejan unas de otras son pistas sobre la física subyacente.
Para llevar a cabo estas investigaciones, el LHC acelera protones a una velocidad cercana a la de la luz y los hace colisionar. Entre los detectores, LHCb funciona desde 1994. Entre 2011 y 2018, el experimento registró 650 mil millones de desintegraciones de mesones B, de las cuales los científicos extrajeron los raros eventos de tipo pingüino.
El análisis se centró en un proceso electrodébil donde un mesón B se transforma en kaón, pión y dos muones – una desintegración que ocurre solo una vez por millón de mesones B. Al medir con precisión los ángulos y las energías de las partículas producidas, el equipo constató un claro desacuerdo con las predicciones del Modelo estándar.
La discrepancia medida respecto al Modelo estándar alcanza cuatro desviaciones estándar. En la práctica, solo hay una probabilidad entre 16 000 de que este resultado se deba al azar si el Modelo estándar es correcto. Los resultados, publicados en Physical Review Letters, son coherentes con los obtenidos independientemente por otro experimento del LHC, CMS. Aunque el umbral de "cinco sigma" aún no se ha alcanzado, lo que validaría un descubrimiento científico, las pruebas combinadas ya son convincentes.
En el LHC, imanes curvan los protones en un anillo de 27 km, construido bajo la frontera franco-suiza. Crédito: Cern
Varios modelos teóricos podrían explicar la anomalía. Una idea popular involucra los leptoquarks, partículas hipotéticas que sirven de puente entre los leptones y los quarks – las dos familias de materia. Otra posibilidad es la existencia de versiones más masivas de partículas conocidas. Los nuevos datos ya restringen estos modelos y guiarán las investigaciones futuras.
La colaboración LHCb ya ha emprendido el análisis de nuevos datos recogidos desde 2018. Este conjunto contiene tres veces más desintegraciones de mesones B que la muestra anterior, ofreciendo una herramienta poderosa para verificar la anomalía. Los primeros análisis están en curso, y se esperan resultados en los próximos años.
En paralelo, los físicos refinan los cálculos teóricos para comprender mejor la contribución de los pingüinos encantados. Si la discrepancia persiste o se acentúa, esto reforzará la hipótesis de una física más allá del Modelo estándar.
Mirando más adelante, las mejoras del LHC en la década de 2030 aumentarán considerablemente la tasa de colisiones. El experimento LHCb prevé recoger un conjunto de datos 15 veces mayor que el utilizado en el estudio actual. Con tal estadística, la sensibilidad será suficiente para alcanzar una significación de cinco sigma, el umbral de un descubrimiento. Si la anomalía se confirma, se abrirá una nueva era en nuestra comprensión de lo infinitamente pequeño.