Adivina adivinanza, cuál podría ser la primera prueba de física más allá del modelo estándar en el LHC del CERN este año

Por Francisco R. Villatoro, el 14 enero, 2010. Categoría(s): Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticias • Physics • Science ✎ 2

La manera más fácil de encontrar nueva física más allá del modelo estándar de las partículas elementales es buscarla en sucesos raros. Si la nueva física altera el resultado esperado una vez cada 10 millones, su efecto sobre un proceso raro que ocurre una vez cada millón de veces, es incrementarlo en un 10%, pero sobre un proceso común que ocurre una vez cada diez veces, el incremento es sólo de una millonésima. El problema de los procesos raros es que requieren muchos datos y esperar durante muchos años, para poco a poco ir recabando cada vez más datos.

Un mesón B es una partícula formada por un quark fondo (b de bottom) y otro quark más ligero. El Tevatrón del Fermilab y el LHC del CERN son fábricas ingentes de mesones B (en el primero se han producido miles de millones). Un mesón B es inestable y se desintegra rápidamente (en media en 1,6 billonésimas de segundo). Hay muchas maneras en las que puede hacerlo, cada una con una cierta probabilidad (BR o branching ratio). Para haceros una idea podéis consultar la información sobre los mesones B± publicada por el Particle Data Group. Un PDF con 141 páginas de información. Las maneras en las que se pueden desintegrar un mesón B según el modelo estándar aparecen en las páginas de la 2 a la 15. Sí, 13 páginas en las que en cada línea aparece un modo de desintegración y el límite experimental para su BR. Un tipo de desintegración bastante rara son las desintegraciones de un mesón B en un mesón K (formado por un quark extraño (s o strange) y otro quark más ligero) o en un mesón φ (formado por un quark extraño y un antiquark extraño). El BR de ambos procesos es del orden de 1 millonésima, es decir, se observan una vez cada millón de desintegraciones.

La colaboración CDF del Tevatrón ha hecho públicos los resultados de su último análisis de estos modos de desintegración en su página web (aún no está escrito el preprint correspondiente) y Tommaso Dorigo, como no, dedica dos entradas en su blog a analizarlos, “An appetizer: Rare B Decay Asymmetries,” January 12th 2010, y “New Rare B Decays Nailed By CDF: The Door To New Physics?,” January 13th 2010. No, no cantemos victoria, todavía no se ha encontrado nueva física, pero los resultados son un ejemplo ideal de lo difícil que es hacer nuevos descubrimientos experimentales en física de partículas elementales y de lo que podemos esperar del LHC del CERN durante este año.

Los modos de desintegración estudiados son (1) B0 → μ++ μ+ K*0, (2) B+ → μ++ μ+ K+, y (3) Bs0→μ++ μ+ φ. El nuevo resultado para las probabilidades de estas desintegraciones ha utilizado el doble de datos que un estudio anterior (publicado en ArXiv el 24 abr. 2008) y como aquel está en muy buen acuerdo con lo esperado para el modelo estándar (calculado mediante simulaciones de Montecarlo). En concreto, se ha obtenido (1) BR( B0→μ++ K*0) = [1.06±0.14(stat)±0.09(syst)]×10-6 , (2) BR( B+ → μ++ μ+ K+ ) = [0.38±0.05(stat)±0.03(syst)]×10-6 , y (3) BR(Bs0→μ++ μ+ φ ) = [1.44±0.33(stat)±0.46(syst)]×10-6.

Sí, se confirman los resultados del modelo estándar. ¿Entonces dónde está la noticia detrás de esta entrada? Lo más interesante es que los nuevos datos son suficientes para realizar, por primera vez, un estudio cinemático de la distribución angular de las partículas tras estas raras desintegraciones del mesón B. Los resultados aparecen en la figura de abajo (Tommaso en su blog utiliza otras figuras). No entraré en los detalles técnicos de lo que significan los ejes de la figura y las bandas verdes (Tommaso lo explica bien). La predicción del modelo estándar es la línea roja (colocada en el cero). Como podéis ver claramente los datos experimentales muestran dos puntos claramente separados de la línea roja, cuando la energía liberada en la desintegración (q) es baja (de unos 2 GeV). Los intervalos de confianza estadística para estos puntos no cruzan la línea roja. Estos datos (¿espurios?) podrían ser un indicativo de la existencia de nueva física más allá del modelo estándar. Este resultado apunta a que cierto coeficiente predicho por el modelo estándar tiene en realidad el signo opuesto. Parece algo muy sutil, pero esta evidencia de física más allá del modelo estándar es muy interesante porque el LHC del CERN producirá este tipo de eventos raros cientos de veces más a menudo que el Tevatrón, con lo que es posible que a finales de este año, el LHC podrá confirmar o refutar este resultado, que podría ser la primera evidencia de física más allá del modelo estándar obtenida en el LHC del CERN. 

Dedicatoria: esta entrada está dedicada a MiGUi quien comentó el 31 Dic. 2009, “Pero qué aguafiestas xD,” en respuesta a mi entrada “Por qué es difícil que se observe en 2010 un bosón de Higgs de baja masa en el LHC del CERN,” 31 Diciembre 2009.



2 Comentarios

  1. Existe también una esperanza incluso mejor que puede hacerse realidad este año: si las partículas supersimétricas más pesadas pesan menos de 1TeV el LHC podrá generarlas en enormes cantidades cuando este año alcance los 7Tev. Cuando la energía que portan estas partículas “desaparezca” como por arte de magia tendremos evidencias de que la supersimetría realmente existe.

Deja un comentario