¿Una pista de la nueva física?

Un equipo de físicos al frente del experimento LHCb, en el Gran Colisionador de Hadrones, han reportado hace poco las primeras observaciones de una nueva forma en la que las partículas llamadas mesones Bs se descomponen en otras partículas. Estudiando esta particular descomposición se pueden obtener pistas del por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria.

Cantidades iguales de materia y de antimateria existieron en las primeras etapas de la historia del Cosmos. Pero cuando una partícula de materia toma contacto con su par de antimateria, las dos se aniquilan, dejando atrás un rastro de energía pura. En principio, toda la materia y antimateria del universo deberían haberse aniquilado mutuamente. Pero la materia sobrevivió, y los científicos intentan explicar el porqué.

Los mesones B pueden tener la respuesta. Aunque no existan en la naturaleza, éstos pueden crearse con facilidad en colisiones de partículas a altas energías. Estos mesones contienen un antiquark fondo, un arriba y un abajo, además de contener también un charm, o bien un extraño. Algo peculiar en el comportamiento de algunos mesones B es que se transforman espontáneamente en sus propias antipartículas para volver después a descomponerse en nuevas partículas. El año pasado, investigadores del Fermilab descubrieron que ciertos mesones B se descomponen en partículas de materia con una frecuencia que es un uno por ciento mayor que aquella con la que se transforman en partículas de antimateria; esta diferencia podría servir para resolver la cuenta de desequilibrio en el universo.

La causa de este desequilibrio puede ser debida a la intromisión de una desconocida partícula pesada, que los físicos no han visto jamás. "La propiedades de la nueva física pueden influir en la manera en que los mesones B se descomponen", afirmó el físico del LHCb Steve Blusk, de la Universidad de Syracuse; "lo que tratamos de hacer es medir con precisión esta interferencia".

Experimentos anteriores han observado mesones B cambiando entre materia y antimateria con mucha precisión. A altas energías de choque y con 40 veces más cantidad de datos, el LHC podría estrechar las incertidumbres en estos datos ya existentes y explicar finalmente el mecanismo que subyace debajo de las oscilaciones. Si tiene la culpa una nueva partícula ésta debe ser demasiado pesada para verla en el LHC, pero podría ser observada a través de sus efectos indirectos en las descomposiciones de mesones B. El estudio de estas transformaciones ayudará a los investigadores a entender las fuerzas que actúan entre bastidores, responsables directas de que los mesones Bs se descompongan más veces en forma de materia que de antimateria.

En un artículo publicado esta misma semana en Physics Letters B, el equipo del LHCb describe una nueva forma de descomposición de un mesón B particular, el mesón Bs, (pronunciado mesón B sub-s), que contiene un antiquark fondo y un quark extraño. Después de crearlos tras una colisión protón-protón, estos mesones pueden descomponerse en una partícula J/psi (un quark charm unido a un antiquark charm) y en otra partícula f sub 0 (un quark extraño unido a un antiquark extraño). Estas partículas enseguida se vuelven a descomponer, dejando tras de sí trayectorias dentro del detector listas para que los científicos las observen con detenimiento.

Mediante el estudio de la diferencia que existe entre el mesón Bs y su antipartícula se transforman a su particular estado final el equipo de investigadores puede medir las interferencias entre la nueva física y el Modelo Estándar. Si esos efectos son demasiado largos, tal y como sugieren los primeros datos, los investigadores del LHCb podrían descubrir nueva física en los datos recopilados este año. "Cuando menos, esto establecerá que el Modelo Estándar no es el final del camino", añadió para terminar el mismo Blusk.

Symmetry Breaking es una publicación electrónica conjunta del SLAC National Accelerator Laboratory (Stanford, California), y el Fermilab (Batavia, Illinois).