Los resultados del LHCb refuerzan los indicios de una violación de la universalidad del “sabor” leptón

Hoy, el experimento LHCb en el CERN, en el que participa el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), anuncia nuevos resultados que, de confirmarse, sugerirían indicios de una violación del Modelo Estándar de física de partículas. Los resultados se centran en la posible violación de la universalidad del sabor del leptón y se anunciaron en la conferencia Moriond sobre interacciones electrodébiles y teorías unificadas, así como en un seminario celebrado en línea en el CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear.

La medición realizada por la colaboración LHCb (Large Hadron Collider beauty) compara dos tipos de desintegraciones de quarks “b” (beauty). La primera desintegración involucra al electrón y la segunda al muón, otra partícula elemental similar al electrón, pero aproximadamente 200 veces más pesada. El electrón y el muón, junto con una tercera partícula llamada tau, son tipos de leptones y la diferencia entre ellos se conoce como «sabores». El Modelo Estándar de física de partículas predice que las desintegraciones que involucran diferentes sabores de leptones, como la estudiadas por el LHCb, deberían ocurrir con la misma probabilidad, una característica conocida como universalidad del sabor de leptones que generalmente se mide por la relación entre las probabilidades de desintegración. En el Modelo Estándar de física de partículas, la relación debería ser muy cercana a uno.

El nuevo resultado indica indicios de una desviación de uno: la significación estadística del resultado es 3,1 desviaciones estándar, lo que implica una probabilidad de alrededor del 0,1% de que los datos sean compatibles con las predicciones del Modelo Estándar. «Si se confirmara una violación de la universalidad del sabor leptónico, se requeriría un nuevo proceso físico, como la existencia de nuevas partículas o interacciones fundamentales», dice el profesor Chris Parkes, portavoz del LHCb, de la Universidad de Manchester y el CERN. “Se están realizando más estudios sobre procesos relacionados utilizando los datos existentes del LHCb. Estaremos emocionados de ver si refuerzan las pistas intrigantes de los resultados actuales”.

La desviación presentada hoy es consistente con un patrón de anomalías medidas en procesos similares por el LHCb y otros experimentos en todo el mundo durante la última década. Los nuevos resultados determinan la relación entre las probabilidades de desintegración con mayor precisión que las mediciones anteriores y utilizan todos los datos recopilados por el detector LHCb hasta ahora por primera vez.

El experimento LHCb es uno de los cuatro grandes experimentos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN, situado bajo tierra en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra. El experimento está diseñado para estudiar la desintegración de partículas que contienen un quark “b” (beauty), una partícula fundamental que tiene aproximadamente cuatro veces la masa del protón. Los resultados presentados hoy se centran en la universalidad del sabor de los leptones, pero el experimento LHCb también estudia las diferencias entre materia y antimateria.

En el futuro, el experimento LHCb podría aclarar la posible existencia de nuevos efectos físicos insinuados en las desintegraciones que se presentan hoy. Se espera que el experimento LHCb comience a recopilar nuevos datos el próximo año después de una actualización del detector.

Participación del IGFAE en los resultados

Asimismo, en la conferencia Moriond también se han presentado nuevas mediciones de unas desintegraciones raras de mesones “b” que cuentan con una participación importante de Paula Álvarez Cartelle, investigadora de la Universidad de Cambridge, quien hizo su tesis en el IGFAE y que ahora coordina el grupo de Rare Decays (Desintegraciones raras) de LHCb. El análisis de estas desintegraciones es un viejo conocido dl IGFAE, en el que anteriormente estuvieron muy involucrados los investigadores Diego Martínez Santos, Xabier Cid Vidal y Jose Ángel Hernando Morata y, actualmente, Titus Mombacher. Ambos resultados presentados hoy están muy relacionados, pues se trata del mismo proceso a nivel de quarks, y en ambos casos los datos experimentales parecen preferir una tasa de desintegración ligeramente inferior a la predicha por el Modelo Estándar, aunque hace falta acumular más datos para obtener un resultado concluyente.

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Imagen: desintegración muy rara de un mesón b (beauty) que involucra un electrón y un positrón observada en el experimento LHCb del CERN. Crédito: CERN.