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Sugerencias tentadoras de nuevas partículas

Un rastro de resultados físicos extraños ofrece sugerencias tentadoras de nuevas partículas

Sugerencias tentadoras de nuevas partículas
Una reconstrucción computarizada de las cosas LHCb detecta (Crédito de la imagen: CERN)

Por Ryan F. Mandelbaum, para gizmodo Abril 18 de 2017


Conceptualmente, los experimentos de física de partículas son sorprendentemente simples. Smash una mierda de partículas juntos, y mirar lo que sale. Los resultados confirmarán cualquiera que sea la teoría de los negocios como de costumbre, o, si hay una desviación realmente cristalina de esa teoría, podrían probar alguna nueva hipótesis acerca de algunas nuevas partículas. Pero el terreno intermedio, donde la diferencia entre lo que sabemos y lo que vemos es todavía confuso, es donde viven muchos y muchos resultados.

Nuevos resultados de LHCb, uno de los experimentos observando colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, Suiza, están mostrando una de esas discrepancias difusas. Los físicos se excitan cautelosamente, porque si estos resultados se sostienen, implicarían la existencia de algunas partículas completamente nuevas. A diferencia del año pasado, cuando una pequeña señal que parecía que podría haber sido algo nuevo resultó ser sólo una casualidad estadística, estos nuevos resultados están apareciendo a raíz de otra pista observada de una manera diferente hace unos años que hasn ' no se ha ido. Así que, esta vez, realmente puede haber algo allí.

Si estas señales resultan indicar descubrimientos reales, podría "implicar la existencia de algún nuevo tipo de partículas u otra física que aún es desconocida", dijo el coordinador de física de LHCb Vincenzo Vagnoni a Gizmodo. "Esta es una manera de desvelar la existencia de una nueva familia de partículas".

LHC beauty, o LHCb, es un detector de tamaño de edificio colocado alrededor de uno de los puntos de los tubos de Gran Colisionador de Hadrones que se cruzan, donde las partículas se golpean juntas. Protones y neutrones son combinaciones de tres partículas llamadas "up" y "down" quarks, pero hay cuatro otros quarks más pesados ​​que normalmente no se oye hablar, llamado el encanto, extraño, superior e inferior quarks. LHCb se centra en la medición de las propiedades y decadencias de los mesones B, una combinación especial de dos quarks que contienen la versión de antimateria del quark inferior y la versión de materia regular de otros tipos de quarks.

Estos mesones B rápidamente se descomponen en una colección de otras partículas, y para la investigación más reciente, los científicos de LHCb se centraron en un mesón B específico, el B0, decayendo en una partícula llamada kaon y un par de electrones o un par de muones.

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Estos son diagramas de Feynman que representan los decaimientos B0. Las reacciones comienzan en el lado izquierdo y terminan en el lado derecho. Los dos diagramas superiores representan lo que predecimos a partir del modelo estándar, donde los garabatos en el centro son partículas virtuales que aparecen y desaparecen durante la decadencia. Los dos diagramas inferiores fueron creados para explicar la anomalía que los físicos están observando y requerirían un nuevo tipo de partícula virtual, ya sea el Z 'o el "Delta leptoquark". Crédito de la imagen: LHCb Colaboración


Los muones y los electrones son el mismo tipo de partícula (llamados leptones), pero los muones superan a sus primos de electrones por un factor de aproximadamente 200. Su semejanza implica que los B0s deben decaer en cantidades iguales de los dos. Pero ayer, en un seminario, los científicos en LHCb informaron que B0s decae en muones menos a menudo que la teoría prevista. Esta violación de la "universalidad lepton" requeriría la presencia de partículas nunca antes observadas.

Los resultados no fueron enormes -la diferencia entre la observación y lo que se esperaba de acuerdo con la teoría usual de la física de partículas, el Modelo Estándar, era sólo significativa a 2,2 a 2,5 desviaciones estándar, o "sigma". Esto significa que los científicos no tienen suficientes datos para reclamar un descubrimiento: tienen estadísticas extrañas que sólo tienen un 1 por ciento de probabilidad de ocurrir por accidente. Los físicos suelen requerir 5 sigma, o una probabilidad de 1 en 3,7 millones de una diferencia que ocurre por casualidad. La única manera de aumentar su valor sigma es recolectar más puntos de datos, lo que disminuiría la probabilidad de que el resultado sea causado por una probabilidad aleatoria.

Todo el mundo está siendo cauteloso. El año pasado, una fluctuación de 3.6 sigma arrastrada con más datos, mucho a la decepción de muchos físicos que esperan para algunas partículas nunca-antes-vistas a mirar.

Pero estos datos son un poco diferentes. Hace tres años, LHCb observó una anomalía similar al observar decaimientos en un mesón B diferente, el B +, con una significación de 2,6 sigma. "El hecho de que encontremos esta discrepancia con una significación estadística limitada es tentador", dijo Vagnoni. "Se suma a un marco de anomalías que hemos estado observando durante algunos años en este sector. Incluso si el significado aún no está en el descubrimiento, esto es importante en sí mismo ".

Esta nueva partícula no se vería como un electrón o un protón-sería una partícula virtual que brevemente aparece en la existencia y luego desaparece como parte de la reacción de descomposición que no podemos detectar directamente. Ya sabemos que existe alguna partícula virtual en esta reacción, pero podría ser una partícula virtual diferente de la que esperamos, porque dependiendo de qué partícula virtual aparezca, el resultado de la reacción o decadencia sería diferente. Estas partículas son algo así como diferentes personas que deciden el resultado de los partidos de lucha libre basados ​​en qué luchadores entran en el ring, personas que sabemos son una parte importante de la experiencia cuyas acciones no observamos directamente.

La gente de LHCb está entusiasmada con la posibilidad de una nueva partícula y espera que tengan las estadísticas para probar o refutar estos resultados pronto, tal vez incluso en los próximos seis meses, dijo Vagnoni. Pero son hasta ahora cautelosos como el infierno. "Permítanme enfatizar una vez más que todavía no tenemos la significación estadística necesaria para reclamar un descubrimiento", dijo. "Este es un indicio tentador de que algo podría estar mal con el Modelo Estándar, pero necesitamos más estadísticas para establecer definitivamente que esto no es una extraña fluctuación estadística".


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