Los científicos del CERN han descubierto un proceso de desintegración de partículas ultrarraro que tiene como foco el experimento NA62, diseñado y construido específicamente para medir este tipo de desintegraciones y abriendo un nuevo camino para descubrir la física más allá de nuestra comprensión de cómo interactúan los componentes básicos de la materia.
Algo impresionante acaba de pasar en el acelerador de partículas del CERNMidjourney/Sarah Romero
Una nueva física
¿Qué han descubierto? La desintegración de partículas más rara jamás descubierta; un tipo de especial de desintegración de partículas subatómicas llamadas kkaones. Ha sido la colaboración NA62 la que ha presentado la primera observación experimental de la desintegración ultrarrara del kaón cargado en un pión cargado y un par neutrino-antineutrino (K+ → π p+νν). Esto que suena tan extraño, realmente lo es: es un fenómeno ultrarraro en física. Según los expertos, esta desintegración ha sido predicha largo y tendido en el Modelo Estándar de la Física (y predice una nueva física más allá del modelo estándar).
La desintegración se conoce como “canal dorado” porque su velocidad puede predecirse con gran precisión mediante el modelo estándar. El experimento tiene como objetivo poner a prueba esa predicción precisa. Y así ha sido: han detectado y medido esta forma ultra rara de desintegración de una partícula subatómica llamada kaón que, según los científicos, menos de uno de cada diez mil millones de kaones se desintegra de esta manera. Es una de las interacciones más raras jamás observadas en la física de partículas. Y la posibilidad de poder observar el fenómeno en acción proporciona una oportunidad única para poner a prueba nuestra comprensión actual del mundo subatómico.
El experimento
NA62 busca la desintegración de kaones con carga positiva al estrellar protones de alta energía contra un objetivo en el laboratorio europeo de física de partículas CERN, cerca de Ginebra, y observa los kaones producidos y las partículas en las que se desintegran. Los kaones son producidos por un haz de protones de alta intensidad proporcionado por el Super Sincrotrón de Protones (SPS) del CERN, que choca con un objetivo estacionario. El hallazgo que presentaron fue que los kaones se desintegraron a través del canal dorado solo unas 13 veces cada 100 mil millones, aproximadamente el 6% son kaones cargados, evidenciando la rareza de esta forma de desintegración de partícula subatómica.
«Con esta medición, K+ → π p+νν se convierte en la desintegración más rara establecida a nivel de descubrimiento: la famosa 5 sigma. Este difícil análisis es el resultado de un excelente trabajo en equipo y estoy sumamente orgullosa de este nuevo resultado», dijo Lazzeroni.
Esta es la detección más precisa de su tipo hasta la fechaMidjourney/Sarah Romero
Aunque esta cifra es bastante más alta de lo que había predicho el modelo estándar de física: de hecho, es un 50 por ciento más que la predicción del modelo estándar; aunque dada la precisión de la medición, “esto sigue siendo consistente con el modelo estándar, en este momento”, apunta Cristina Lazzeroni, física de partículas que trabaja en el experimento NA62.
¿Es la sentencia del modelo estándar? No necesariamente. Esta diferencia podría indicar la presencia de partículas aún no identificadas que incrementan la probabilidad de que ocurra esta desintegración. No obstante, es necesario contar con más datos para confirmar esta teoría.
«La búsqueda de indicios de nueva física en esta desintegración requiere más datos, pero este resultado es un gran avance y fortalece aún más el gran interés en esta línea de investigación», dijo el coordinador de física de NA62, Karim Massri, en una declaración sobre el trabajo.
Esta detección es extraordinariamente raraMidjourney/Sarah Romero
¿Qué produce esta desintegración?
En la desintegración (extremadamente rara), un kaón genera una partícula conocida como pión, además de dos partículas ligeras sin carga eléctrica: un neutrino y su antipartícula, el antineutrino. En contraste, la desintegración más frecuente de un kaón cargado resulta en la producción de un neutrino y un muón, que es un pariente más pesado del electrón.
«Esta es la culminación de un largo proyecto iniciado hace más de una década. Buscar efectos en la naturaleza que tengan probabilidades de ocurrir del orden de 10-11 es fascinante y desafiante. Después de un trabajo riguroso y minucioso, obtuvimos una recompensa sorprendente por nuestro esfuerzo y entregamos un resultado largamente esperado«, comento Giuseppe Ruggiero, de la Universidad de Florencia.
Actualmente, el experimento NA62 está recopilando nuevos datos, y los investigadores esperan confirmar o excluir la posibilidad de que la nueva física influya en este proceso de desintegración en los próximos años.
Los investigadores atraparon a los kaones en el acto de esquivarloMidjourney/Sarah Romero
Enclavada en la frontera entre Suiza y Francia, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, más conocida como CERN, es el laboratorio de física de partículas más grande del mundo y ha estado a la vanguardia de algunos de los avances científicos más importantes de los siglos XX y XXI. Allí se encuentras el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más poderoso del mundo: un colosal túnel circular, de aproximadamente 27 kilómetros de circunferencia, enterrado a gran profundidad que acelera protones y otras partículas a velocidades cercanas a la de la luz y luego los hace chocar entre sí, creando condiciones similares a las que se produjeron momentos después del Big Bang.
Referencias:
- J.C. Swallow. New measurement of the K+ -> pi+nunu decay by the NA62 Experiment. CERN Experimental Physics seminar, Geneva. September 24, 2024.
- University of Birmingham
- CERN seminars: indico.cern.ch/event/1447422/
