Las colaboraciones de los experimentos CMS y LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN han descrito la primera observación de una desintegración muy inusual de partículas.
El Modelo Estándar, la teoría que mejor describe el mundo de las partículas, predice que este infrecuente proceso subatómico ocurre unas cuatro veces cada mil millones de desintegraciones, pero no se había visto antes. Estas desintegraciones podrían abrir una ventana a teorías más allá del Modelo Estándar como la supersimetría, según han explicado los expertos.
El análisis se basa en datos tomados en el LHC en 2011 y 2012. Estos datos contienen las primeras pistas de una desintegración similar pero incluso más infrecuente de la partícula B0, emparentada con la B0s.
Las partículas B0s y B0 son mesones, un tipo de partículas subatómicas inestables y no elementales compuestas por un quark y su antipartícula (antiquark) unidos por la fuerza fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales. Este tipo de partículas se produce solo en las colisiones de alta energía de los aceleradores de partículas, o en la naturaleza mediante interacciones de rayos cósmicos.
"Este resultado es un excelente ejemplo de la cooperación entre diferentes experimentos y muestra la impresionante precisión que se puede alcanzar cuando combinan sus medidas", ha apuntado el director General del CERN, Rolf Heuer.
Las dos colaboraciones presentaron sus primeros resultados individuales sobre la desintegración de los mesones B0s en julio de 2013. Aunque los datos estaban en perfecto acuerdo, ambos no llegaban a los 5 sigmas de precisión estadística requeridos para proclamar una observación. El análisis combinado supera fácilmente este requisito, alcanzando 6,2 sigmas. Se trata de la primera vez que los experimentos CMS y LHCb analizan sus datos juntos.
"Esto atestigua el excelente funcionamiento del LHC y la sensibilidad de nuestros experimentos, que han sido capaces finalmente de observar esta extremadamente infrecuente pero importante desintegración", ha dicho el portavoz de LHCb Guy Wilkinson.
IMPLICACIONES EN LA BÚSQUEDA DE NUEVAS PARTÍCULAS
Este interesante resultado, que ha sido publicado en 'Nature', es un gran avance en una búsqueda llevada a cabo por muchos experimentos durante casi tres décadas, y tiene importantes implicaciones en la búsqueda de nuevas partículas y fenómenos más allá del Modelo Estándar, cuando el programa de física del LHC se reinicie en las próximas semanas.
"La búsqueda de nuevas partículas y el estudio de desintegraciones inusuales son estrategias complementarias para descubrir nueva física. La precisión con la que los experimentos pueden medir estas desintegraciones clave continúa mejorando, limitando así las extensiones viables del Modelo Estándar", dijo el portavoz de CMS Tiziano Camporesi.
Los datos que se consigan en los futuros ciclos de funcionamiento del LHC incrementarán la precisión de las medidas del mesón B0s y determinarán si se confirman las posibles pistas de la desintegración relacionada del mesón B0. Estos resultados serán cruciales para desentrañar cualquier señal de nuevos fenómenos procedente de efectos del Modelo Estándar, y avanzará la búsqueda de nueva física.
PARTICIPACIÓN ESPAÑOLA
El experimento LHCb está formado por más de 700 científicos de 69 centros de investigación de 17 países. En España, los grupos de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) y del Instituto de Ciencias del Cosmos (ICCUB) de la Universidad de Barcelona han estado involucrados en el análisis.
Para los investigadores de la USC, los estudios sobre esta desintegración constituyen una prueba importante para modelos alternativos al Modelo Estándar. Las desintegraciones de las partículas están mediadas por campos (como el campo electromagnético). Así, la existencia de campos desconocidos podría alterar la frecuencia de un fenómeno tan raro.
En algunos modelos supersimétricos, la presencia de más de un campo de Higgs podría modificar la tasa de esta desintegración hasta hacerla diez veces mayor que la predicha. Sin embargo, los resultados obtenidos muestran un buen acuerdo con el Modelo Estándar.
El análisis de datos ha requerido el uso de software para distinguir una señal tan pequeña entre los millones de colisiones que se producen en el LHC, así como un uso extensivo de muestras de control. El grupo de investigación de la USC participante en LHCb fue uno de los principales contribuyentes a estos estudios.
Por su parte, el grupo del ICCUB participó en el diseño e implementación de dos líneas del sistema de filtro de datos (trigger) para seleccionar en cada colisión protón-protón en LHCb los sucesos que podrían corresponder a una pareja de muones. Además, participaron en la definición de los fenómenos físicos usados para distinguir la señal buscada para esta desintegración del background o fondo, así como en la definición de los denominados canales de control que miden los ritmos en los que sucede este proceso.
En CMS participan más de 2.000 científicos de 37 países. El CIEMAT fabricó el 25% de las cámaras de muones del detector, donde se detectan la pareja de muones resultado de la desintegración. En total, 200 científicos y técnicos españoles participan en los experimentos del LHC con el apoyo del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010.