Desde hace varios años, los físicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) han estado realizando un experimento histórico, registrando decenas de miles de millones de partículas que se separan con la esperanza de atrapar algunas bolas extrañas. Y finalmente tienen algunos resultados interesantes para compartir.
Este experimento, llamado NA62, tiene investigadores construyendo y destruyendo pares de quarks llamados kaons, buscando ejemplos de un evento de uno en 10 mil millones que pueda verificar algunas de las predicciones de la Modelo estandar de física de partículas. El año pasado encontraron uno. Ahora han agregado otros dos posibles.
Los hallazgos fueron presentados en un reciente Seminario CERN y se basaron en datos recopilados en 2017; diez veces la cantidad de datos cosechados el año anterior.
Es un comienzo sólido para NA62. Pero para confiar en sus resultados, el equipo necesitará al menos algunos ejemplos más de un kaon (K +) cargado positivamente que se descompone en un pión cargado positivamente y un neutrino
Ok, entonces no es exactamente ciencia de vanguardia. Pero el objetivo de esta lotería de partículas podría hacer que todo valga la pena. Entonces, avancemos hacia el futuro a la conclusión muy esperada de este experimento masivo basado en el acelerador.
Hay dos resultados potenciales. El primero es que la desintegración increíblemente rara de K + ocurre tan a menudo como el Modelo estándar de física de partículas dice que debería ocurrir. Modelo verificado, todo bien.
La segunda posibilidad es potencialmente más emocionante. Después de analizar las estadísticas sobre los pares de quarks cargados positivamente que se recombinan en otras partículas, los investigadores podrían descubrir que algo simplemente no cuadra.
El modelo estándar no explica actualmente cosas como la materia oscura, por qué materia y antimateria no pudieron borrarse mutuamente en el Universo temprano, o por qué hay diferencias en las masas de ciertas partículas fundamentales.
Entonces, descubrir que hay algo que no predice muy bien después de todo, algo que podemos probar con gran precisión … que bien podría allanar el camino hacia un Modelo estándar V2.0.
Usar este matrimonio quark bastante extraño no es una decisión arbitraria. Kaons jugó un papel clave en el establecimiento de la física del Modelo Estándar en primer lugar. Por lo tanto, si nos equivocamos sobre el comportamiento de estas asociaciones de partículas, tendrá graves consecuencias.
"Este proceso de desintegración de Kaon se llama 'canal dorado' debido a la combinación de ser extremadamente raro y excelentemente predicho en el Modelo Estándar". dice físico de la Universidad de Birmingham
"Es muy difícil de capturar y es muy prometedor para los científicos que buscan una nueva física".
Para darle una pequeña idea de cuánto esfuerzo requiere el experimento, este es su proceso: se utiliza un potente sincrotrón para disparar protones a súper velocidades en un objetivo hecho de berilio metálico.
En medio de la carnicería resultante de alrededor de mil millones de partículas, un puñado se convirtió en kaons, de hecho, alrededor de 60,000,000 de ellas. Estos se canalizan para que se analice su descomposición, para detectar signos de que uno o dos raros se transforman en algo un poco diferente.
Gracias al mayor riesgo de sesgos que afectan a un método de tan alta precisión, el experimento tiene una fase ciega donde los investigadores analizan todo el campo de descomposición de partículas antes de enfocarse en áreas donde esperan encontrar la señal más importante.
Al poner límites a la frecuencia con la que ocurre este proceso raro y al compararlo con la frecuencia con la que debería suceder, los físicos pueden evaluar sus matemáticas con un grado extremo de precisión.
Hasta ahora, la evidencia sugiere que K + se convertirá en un pion, neutrino y antineutrino como máximo 24.4 de cada 100 mil millones de descomposiciones, lo que todavía está en línea con la predicción del modelo estándar de aproximadamente 8.4 veces por cada 100 mil millones.
Pero la caza aún no ha terminado. Con solo tres eventos inusuales de desintegración de K + en la caja hasta el momento, vamos a necesitar analizar muchas más colisiones de partículas antes de que haya un veredicto.
Hay datos sobrantes del año pasado para analizar, pero tendremos que esperar hasta 2021 antes de que el CERN vuelva a cargar su colisionador de super protones.
Incluso si el Modelo Estándar se niega a ceder, poco se desperdicia en experimentos como estos.
"El nuevo resultado todavía tiene estadísticas limitadas, pero ya nos ha permitido comenzar a imponer restricciones a algunos nuevos modelos de física". dice Lazzeroni.