¿Se ha descubierto una física más allá del Modelo Estándar en el LHC?

El grupo de físicos que trabaja en el experimento LHCb del Laboratorio de Física del  CERN, ha dado a conocer la mejor, hasta la fecha, evidencia directa de carga-paridad (CP)  en la violación de  mesones de tipo enchanted. En su intervención en el Simposio de Física del Colisionador de Hadrones, en París, Charles de Mateo, de la Universidad de Oxford, presentó un análisis de datos de colisiones que sugieren una violación CP mayor de la esperada en el decaimiento de mesones enchanted y anti-enchanted. Si bien es necesario analizar más datos para confirmar el resultado, el trabajo podría apuntar a una nueva física más allá del Modelo Estándar de Partículas y podría ayudar a los científicos a entender por qué hay más materia que antimateria en el universo.

Uno de los experimentos más pequeños del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el LHCb está diseñado para estudiar la física de los mesones B; partículas que contienen un quark de tipo bottom o su antipartícula. Sin embargo, cuando los protones colisionan en el LHC,  también producen otros mesones, incluyendo el tipo conocido como D ⁰ (un quark charm y un quark anti-up)  y su antipartícula. En este último análisis, los físicos del LHCb observaron el decaimiento de D ⁰, bien en forma de kaon/antikaon o un par de piones/antipion.

La violación de CP se refiere a un proceso en el que la simetría CP no se produce. La simetría CP dice que un proceso que implica una partícula y un proceso de una imagen espejada de su antipartícula deben ser idénticos. Esto significa que las partículas D ⁰ y anti-D ⁰ deberían desintegrarse a la misma velocidad, lo que puede ser probado mediante la creación de  partículas y la observación de su decaimiento. Este examen puede revelar una violación CP directa, que ya ha sido vista en kaones y mesones B-. Por el contrario, una violación CP indirecta, que fue vista por primera vez en 1964, consiste en mesones neutros transformándose en en sus antipartículas.

Uno de los retos en las pruebas de violación de CP del LHC es que las colisiones protón-protón producen alrededor de un 1% más de partículas anti-D⁰ que partículas D ⁰  y esta asimetría se debe tener en cuenta en la búsqueda de la violación CP. Afortunadamente, los físicos del LHCb han encontrado una forma inteligente de evitar este problema. Midiendo la asimetría en el decaimiento de ambas partículas en pares kaon/antikaon y la asimetría de estos mesones D en la decadencia de los pares de piones/antipion. Luego se resta uno del otro, lo que elimina la asimetría de la producción y aumenta la asimetría causada por la violación CP.

En París, Charles presentó un análisis de cerca de la mitad de los datos de colisiones  recogidos hasta el momento, lo que reveló una asimetría valor de -0,82% con las incertidumbres estadísticas y sistemáticas de 0,21% y 0,11%, respectivamente. La importancia del resultado es de 3.5σ, lo que significa que existe una posibilidad de 0.05% de que el resultado no sea real, sino más bien una casualidad. Si bien esto puede parecer una alta probabilidad, los físicos de partículas por lo general requieren un significado 5σ para evitar ser caer en errores sistemáticos de origen desconocido.

Mientras que los físicos habían previsto un valor negativo (previo análisis de los datos del experimento CDF del Fermilab y la dirección a la que  apuntaba la teoría) la magnitud de la asimetría es una sorpresa. De hecho, el modelo estándar sugiere que el efecto de la violación directa  CP en cualquier decaimiento de participación de quarks enchanted no debe ser mayor de aproximadamente 0,1%.

De acuerdo con el físico del experimento, Tim Gershon, de la Universidad de Warwick, una posibilidad de la discrepancia es que la violación CP implique una nueva física más allá del Modelo Estándar. “Pero también tenemos que preguntarnos si podría haber efectos sutiles que hicieran más grande de lo que se creía  la violación CP en el Modelo Estándar”, advierte.

Alex Kagan, de la Universidad de Cincinnati, que trabaja en la teoría de la violación directa CP,  está de acuerdo en que el nuevo hallazgo es “en gran parte lo que cabría esperar“. Sin embargo, señala que los cálculos de los fenómenos de desintegraciones de quarks enchanted  son muy complicados. “En el caso de esta medida, yo diría que los experimentadores están por delante de los teóricos”, dice.

Sin embargo, con los físicos LHCb a mitad de camino del análisis de sus datos de 2011, Gershon cree que puede haber ya suficientes colisiones en el resto de los datos que se traduzcan en un significado de hasta 5σ, haciendo de este el primer descubrimiento importante del LHC. 

Como Charles dijo a los delegados en París, “Miren este espacio”.

Autor: Hamish Johnston

Enlace original: Has “New Physics” been fiubd at CERN?