Recreación de colisiones entre partículas subatómicas en el experimento CMS. Fuente: Fermilab.
Dos experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) situado en Ginebra, Suiza, han logrado observar un proceso subatómico nunca antes visto.
Como publica esta semana la revista Nature, el análisis conjunto de los experimentos CMS y LHCb del LHC ha logrado establecer una nueva y extremadamente rara desintegración de los mesones B0 s (partículas similares a los electrones pero más pesadas) en dos muones.
El modelo estándar de física de partículas predice que este infrecuente proceso subatómico ocurre unas cuatro veces cada mil millones de desintegraciones, pero no se había visto antes.
"Es increíble que esta predicción teórica sea tan precisa y aún más sorprendente que hayamos podido observarla", explica el investigador de la Universidad de Siracusa y miembro de la colaboración LHCb, Sheldon Stone, en un comunicado del Fermilab, un laboratorio de física de partículas de EEUU. "Esto es un gran triunfo para el LHC y para ambos experimentos".
Como publica esta semana la revista Nature, el análisis conjunto de los experimentos CMS y LHCb del LHC ha logrado establecer una nueva y extremadamente rara desintegración de los mesones B0 s (partículas similares a los electrones pero más pesadas) en dos muones.
El modelo estándar de física de partículas predice que este infrecuente proceso subatómico ocurre unas cuatro veces cada mil millones de desintegraciones, pero no se había visto antes.
"Es increíble que esta predicción teórica sea tan precisa y aún más sorprendente que hayamos podido observarla", explica el investigador de la Universidad de Siracusa y miembro de la colaboración LHCb, Sheldon Stone, en un comunicado del Fermilab, un laboratorio de física de partículas de EEUU. "Esto es un gran triunfo para el LHC y para ambos experimentos".
Recreación de colisiones entre partículas subatómicas en el experimento LHCb. Fuente: Fermilab.
Más allá del modelo estándar
Las desintegraciones detectadas podrían abrir una posibilidad a teorías que van más allá del modelo estándar de la física de partículas, como la teoría de la supersimetría (simetría hipotética que podría relacionar las propiedades de dos partículas subatómicas: los bosones y los fermiones). Si estas hipótesis se comprobasen, podrían ofrecer candidatos adicionales para explicar la misteriosa materia oscura.
Esto es porque, explican los investigadores, muchas teorías que proponen extender el modelo estándar también predicen un aumento de esta tasa de desintegración de los mesones B0 s.
En los dos experimentos desarrollados, han participado científicos españoles: Investigadores de la Universidad de Compostela (USC) y del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB). El análisis se basó en datos tomados en el LHC en 2011 y 2012, fase en la que intervino el grupo del ICCUB con, entre otras acciones, el diseño e implementación de dos líneas del sistema de filtro de datos (trigger) que seleccionó aquellos sucesos correspondientes a una pareja de muones, entre las colisiones protón-protón observadas.
Para Eugeni Graugés, investigador principal del grupo del ICCUB, los resultados obtenidos tienen, "desde el punto de vista experimental, un gran impacto", pues delimitan "muchas de las posibles ampliaciones del modelo estándar actual que describe la física de partículas elementales", informa la plataforma Sinc.
El misterio de la primacía de la materia sobre la antimateria
Los investigadores del Fermilab concluyen que: "El estudio de las propiedades de los mesones B nos ayudará a entender el desequilibrio de la materia y la antimateria en el universo". Ese desequilibrio es un misterio que los científicos llevan tiempo intentando desentrañar.
Se cree que, tras el Big Bang, la gran explosión que dio origen al Universo, había un equilibrio entre las partículas elementales (protones, electrones, etc.) y sus correspondientes antipartículas, que son como las primeras en masa y espín (momento angular), pero se diferencian de ellas en su carga eléctrica.
Sin embargo, con el paso del tiempo, ocurrió algo que aún resulta desconcertante para los cosmólogos: que las partículas “ganaron” a las antipartículas. Es decir, que la materia prevaleció sobre la antimateria. Por eso, en el universo existen hoy estrellas y planetas.
Los científicos no han encontrado nunca la explicación a esta primacía, aunque recientemente un equipo de físicos de la Universidad de California en Los Ángeles ha ofrecido una posible solución al misterio, basada por cierto en otro de los descubrimientos del LHC: el bosón de Higgs.
Según ellos, la explicación a este misterio podría estar en el campo cuántico de Higgs, que habría provocado un pequeño exceso de partículas de materia sobre la cantidad de antipartículas; un exceso que dio origen a estrellas, planetas y gases.
Las desintegraciones detectadas podrían abrir una posibilidad a teorías que van más allá del modelo estándar de la física de partículas, como la teoría de la supersimetría (simetría hipotética que podría relacionar las propiedades de dos partículas subatómicas: los bosones y los fermiones). Si estas hipótesis se comprobasen, podrían ofrecer candidatos adicionales para explicar la misteriosa materia oscura.
Esto es porque, explican los investigadores, muchas teorías que proponen extender el modelo estándar también predicen un aumento de esta tasa de desintegración de los mesones B0 s.
En los dos experimentos desarrollados, han participado científicos españoles: Investigadores de la Universidad de Compostela (USC) y del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB).
Para Eugeni Graugés, investigador principal del grupo del ICCUB, los resultados obtenidos tienen, "desde el punto de vista experimental, un gran impacto", pues delimitan "muchas de las posibles ampliaciones del modelo estándar actual que describe la física de partículas elementales", informa la plataforma Sinc.
El misterio de la primacía de la materia sobre la antimateria
Los investigadores del Fermilab concluyen que: "El estudio de las propiedades de los mesones B nos ayudará a entender el desequilibrio de la materia y la antimateria en el universo". Ese desequilibrio es un misterio que los científicos llevan tiempo intentando desentrañar.
Se cree que, tras el Big Bang, la gran explosión que dio origen al Universo, había un equilibrio entre las partículas elementales (protones, electrones, etc.) y sus correspondientes antipartículas, que son como las primeras en masa y espín (momento angular), pero se diferencian de ellas en su carga eléctrica.
Sin embargo, con el paso del tiempo, ocurrió algo que aún resulta desconcertante para los cosmólogos: que las partículas “ganaron” a las antipartículas. Es decir, que la materia prevaleció sobre la antimateria. Por eso, en el universo existen hoy estrellas y planetas.
Los científicos no han encontrado nunca la explicación a esta primacía, aunque recientemente un equipo de físicos de la Universidad de California en Los Ángeles ha ofrecido una posible solución al misterio, basada por cierto en otro de los descubrimientos del LHC: el bosón de Higgs.
Según ellos, la explicación a este misterio podría estar en el campo cuántico de Higgs, que habría provocado un pequeño exceso de partículas de materia sobre la cantidad de antipartículas; un exceso que dio origen a estrellas, planetas y gases.
Referencia bibliográfica:
CMS Collaboration & LHCb Collaboration. Observation of the rare decay from the combined analysis of CMS and LHCb data. Nature (2015) DOI: 10.1038/nature14474.
CMS Collaboration & LHCb Collaboration. Observation of the rare decay from the combined analysis of CMS and LHCb data. Nature (2015) DOI: 10.1038/nature14474.