Noticias recientes han dado esperanza a la comunidad científica de la física de partículas que aguardaba por nuevos fenómenos físicos. Los anuncios fueron hechos por colaboraciones del LHCb y de Fermilab, donde hablan de resultados experimentales que se desvían de predicciones teóricas obtenidas del Modelo Estándar, una teoría científica de gran éxito que describe con precisión la estructura fundamental de la materia y sus interacciones. Es de resaltar que científicos de la UAN trabajan desde hace más de una década con estos laboratorios.

El primero de estos anuncios se registró el pasado 23 de marzo cuando la colaboración del experimento LHCb del CERN (Organización Europea para la investigación Nuclear) presentó, en una conferencia internacional, resultados experimentales que sugieren una posible violación a una condición en el Modelo Estándar conocida como la Universalidad Leptónica. Para entender esto de una manera simple, hay que recordar que en el Modelo Estándar hay dos grupos de partículas fundamentales: Leptones y Quarks. Toda la materia en el universo está constituida por combinaciones de estas partículas.

Tabla1. Masa de las partículasfundamentales

Fuente: Elaboración propia autores

En el caso de los Leptones, nos encontramos con tres partículas idénticas en todo, excepto en su masa: el electrón, el muon y el tau (ver tabla 1). La masa del muon es unas 200 veces mayor que la del electrón y es inestable a diferencia del electrón. Justamente el experimento LHCb está diseñado para detectar muones y electrones producidos por el decaimiento de partículas conocidas como mesones B (de aquí el nombre dado al experimento: LHCb). Los mesones B se desintegran siempre en otra partícula llamada mesón K y en dos electrones o dos muones

Según el Modelo Estándar, los electrones y los muones en estos dos posibles procesos, se deben producir en la misma cantidad. Es decir, si en un experimento contamos el número de mesones B que se desintegran en electrones y luego contamos el número de mesones B que se desintegran en muones, y al final dividimos ambos números, el resultado debería ser 1. Pues bien, es aquí donde los científicos del LHCb encontraron que este número es 0.846 el cual se aleja mucho del valor predicho, incluso al considerar todas las posibles fuentes de incertidumbre experimental.

Figura 1. Decaimiento de Mesones B

 
Fuente: Elaboración propia autores

El segundo anuncio también relacionado con el muon, se originó el pasado 7 de abril en la colaboración Muon g-2 del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) en Illinois, Chicago (US). En un artículo publicado por la colaboración en Physical Review Letters, una de las más prestigiosas revistas en el campo de la física, se presentan los resultados de las mediciones del momento magnético de muones en un campo magnético intenso en vacío. Las medidas realizadas en Fermilab muestran diferencias al ser comparadas con las predicciones del modelo estándar.

En el modelo estándar el vacío se considera lleno de partículas que se crean y destruyen continuamente, llamadas virtuales. En la presencia de un campo magnético intenso, el muon interactúa consigo mismo mediante estas partículas virtuales. El momento magnético del muon es afectado por las contribuciones de todas las posibles partículas virtuales y el cambio es predicho por el Modelo Estándar. La desviación obtenida por Muon g-2 solo se puede explicar por la presencia de una nueva contribución no conocida hasta el momento.

En el mundo de la física de partículas se requiere que un resultado presente una desviación de al menos 5σ respecto al valor esperado por la teoría, para poder proclamar esta anomalía como un descubrimiento. Para el caso de los resultados del LHCb y de Muon g-2 se tienen desviaciones de 3.3σ y 4.2σ respectivamente, lo cual implica que aún son necesarias más mediciones basadas en nuevos datos colectados por los experimentos y análisis que incluyan todas las posibles fuentes de error así como la confirmación por parte de otros grupos.

Los resultados descritos anteriormente muestran que posiblemente hay nuevas partículas e interacciones a ser descubiertas, dan un gran impulso a las investigaciones científicas a nivel teórico, experimental y que exaltan la importancia del trabajo científico de las grandes colaboraciones. Profesores y estudiantes de la UAN participan activamente en estos experimentos internacionales y se espera que sigan aportando a la búsqueda de fenómenos nuevos desde la física de colisiones en el experimento ATLAS y en la física de neutrinos con el experimento DUNE.

Redactado por:

Yohany Rodríguez García
Profesor Departamento de Física, Facultad de Ciencias.
Miembro Colaboración ATLAS.

Deywis Moreno
Profesor Departamento de Física, Facultad de Ciencias.
Líder del grupo de electrónica del PDS del experimento DUNE.