Una col·lisió dins de l'experiment LHCb a 13 TeV el passat mes de juny. Crèdits: LHCb Collaboration/CERN
La colaboración internacional del experimento LHCb del Gran Colisionador de
Hadrones (LHC) publica hoy en Nature Physics la primera medida de un parámetro
fundamental del Modelo Estándar de Física de Partículas con bariones. En la
colaboración participa el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, junto con la
Universitat de Barcelona, la Universitat Ramon Llull y la Universidad de Santiago de
Compostela. Se trata de uno de los parámetros de la llamada matriz CKM, que
gobierna las desintegraciones entre las tres familias de partículas elementales que
existen y cuyo valor no predice el Modelo Estándar. Por primera vez, los investigadores
han conseguido medirlo en bariones, partículas formadas por tres quarks, en lugar de
mesones (quark y antiquark). Los resultados coinciden, reafirmando la preferencia de
la naturaleza hacia desintegraciones de partículas cuyo espín gira hacia la izquierda,
pero siguen mostrando discrepancias con otro tipo de medidas del mismo parámetro.
En concreto, la colaboración del experimento LHCb ha medido el parámetro |Vub|, que
mide la probabilidad de que un quark b (beauty, “belleza” en inglés) se desintegre a un
quark de tipo u (up, “arriba”) y un bosón W (mediador de la interacción débil, una de
las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, responsable, por ejemplo, de la
radioactividad). Este parámetro forma parte de la llamada matriz CKM, un conjunto de
datos introducidos por los físicos Nicola Cabibbo, Makoto Kobayashi y Toshihide
Maskawa, con información sobre las transiciones entre las tres familias o generaciones
de quarks, los ladrillos que componen toda la materia que vemos en el universo. Estas
tres familias se diferencian sólo por su masa, siendo la tercera la más pesada. Sin
embargo, los científicos aún no saben por qué. No hay una predicción teórica para este
parámetro.
“Este valor no lo predice el Modelo Estándar; hay que medirlo experimentalmente”,
explica Arantza Oyanguren, investigadora del IFIC participante en LHCb. “Este
parámetro se había medido ya con mesones, partículas compuestas por un quark y su
antipartícula. Uno de los mejores lugares para medirlo es en las llamadas factorías de Bs, experimentos donde se producen de forma masiva mesones B”, sostiene
Oyanguren, que ha participado en medidas similares en el experimento BaBar, del
laboratorio SLAC (EE. UU.). La diferencia con esta nueva medida es que LHCb la ha
realizado con bariones, un tipo de partículas formado por tres quarks (como protones
y neutrones que forman el núcleo del átomo). “Como la diferencia es sólo la presencia
de un quark ‘espectador’ adicional se esperaba que el resultado fuera prácticamente el
mismo. Esto es lo que se confirma y las dos medidas, con mesones y con bariones, son
casi calcadas”, explica Eugeni Graugès, investigador de la Universitat de Barcelona
participante en LHCb.
Sin embargo, la nueva medida de LHCb publicada hoy en Nature Physics mantiene un
enigma para los científicos. Hasta ahora se han utilizado dos formas de medir el
parámetro |Vub|: utilizando un tipo concreto de mesones (medidas exclusivas) o
partiendo de diferentes mesones con el mismo tipo de quarks para ver sus
desintegraciones (medidas inclusivas); arrojando ambos estudios una discrepancia que
los investigadores no consiguen explicar.
“La medición de LHCb se ha hecho mediante un sólo proceso (medida exclusiva), y
parece estar en desacuerdo con medidas hechas usando simultáneamente varios
procesos (medidas inclusivas)”, reconoce Juan Saborido, responsable del grupo de la
Universidad de Santiago de Compostela participante en LHCb. “Si estas discrepancias
se acentúan con el análisis de más datos en el futuro estaríamos ante una gran
sorpresa”, reconoce.
La explicación podría hallarse en una propiedad de las partículas llamada espín, que se
suele representar como un giro que realizan sobre sí mismas, como si de una peonza
se tratase. El Modelo Estándar establece que mediante la interacción débil, ciertas
partículas como el quark b utilizado en este estudio se desintegran sólo cuando “giran”
hacia la izquierda, mientras que su antipartícula (el antiquark b) únicamente lo hace
cuando “gira” hacia la derecha.
La medida de LHCb es compatible con el Modelo Estándar y confirma este hecho ya
sabido: que la naturaleza tiene preferencia por las desintegraciones de partículas “a
izquierdas”. Sin embargo, al mantenerse la discrepancia entre los dos tipos de medidas
de este parámetro, exclusivas e inclusivas, “algunos autores proponen incluir
desintegraciones a derechas para explicar esa diferencia”, explica Saborido. “Pero esta
diferencia no es aún lo suficientemente significativa desde el punto de vista
estadístico”, señala.
Para Oyanguren, este parámetro no es un indicador en sí mismo de la presencia de
“nueva física”, como llaman los científicos a los fenómenos no descritos en el Modelo
Estándar, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones. Pero es
un elemento de referencia importante para desarrollar técnicas que busquen esa
nueva física, uno de los principales objetivos del segundo ciclo de funcionamiento o
Run 2 del LHC del CERN.

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