El mundo del pequeñito, el reino cuántico, podría tener un sabor favorito.
No estamos hablando de conos de helado diminutos, por supuesto. El mundo de las partículas se divide en tres campos, llamados "sabores" (no pregunte por qué). Por ejemplo, los electrones representan un sabor, y hay otras dos partículas con propiedades casi idénticas, el muón y la tau, que tienen sus propios sabores. Hace tiempo que sospechamos, pero no lo hemos probado, que los tres sabores deberían estar en pie de igualdad.
Pero, por desgracia, años de experimentos con colisionadores están comenzando a sugerir que tal vez no todo sea uniforme.
Los resultados de estos experimentos aún son tentativos, y no son lo suficientemente significativos como para afirmar el descubrimiento firme de una grieta en la Biblia de la física de partículas llamada Modelo Estándar. Sin embargo, si los resultados se mantienen, eso podría abrir la puerta de entrada para comprender todo, desde la materia oscura hasta los orígenes del universo. Ya sabes, los principales problemas no resueltos en la física moderna.
Sabores estándar
El modelo estándar de la física de partículas reina suprema, superando con éxito los ataques de pruebas de experimentos en todo el mundo a lo largo de décadas. Esta teoría unifica nuestra comprensión de tres de las cuatro fuerzas fundamentales del universo - electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil - bajo una sola bandera cuántica. En total, es la teoría mejor probada en toda la ciencia, capaz de explicar una amplia gama de interacciones fundamentales.
En otras palabras, simplemente no te metas con el Modelo Estándar.
Y, sin embargo, sabemos que esta imagen del mundo subatómico está lejos de ser perfecta. Solo por nombrar un par de ejemplos, no explica las masas de neutrinos ni nos da una pista sobre la materia oscura. La abrumadora mayoría de los físicos cree que hay otra teoría, hasta ahora desconocida, que abarca todo lo que el Modelo Estándar puede explicar y las cosas que no puede.
Lo malo es que no sabemos cómo se ve esa teoría o qué predicciones podría hacer. Entonces, no solo no sabemos las respuestas completas a la vida, el universo y todo lo demás, sino que tampoco sabemos cómo obtener esas respuestas.
Para encontrar indicios de "Una teoría mejor", los investigadores están a la caza de cualquier imperfección o predicción falsa del Modelo Estándar; una grieta en esa teoría quizás podría abrir la puerta a algo más grande.
Una de las muchas predicciones del Modelo Estándar se refiere a la naturaleza de los leptones, que son partículas pequeñas y solitarias como los electrones o los quarks. Los leptones se agrupan en tres clases, conocidas como generaciones o sabores dependiendo del físico al que preguntes. Las partículas con diferentes sabores compartirán todas las mismas propiedades, excepto que tienen diferentes masas. Por ejemplo, el electrón, el muón y la partícula tau tienen la misma carga eléctrica y giro, pero el muón supera al electrón, y la tau aún más: tienen diferentes sabores.
Según el modelo estándar, estos tres sabores del electrón deberían comportarse exactamente igual. Las interacciones fundamentales deberían producir cada una de ellas con la misma probabilidad; la naturaleza simplemente no puede notar la diferencia entre ellos, por lo que realmente no favorece un sabor sobre otro.
Cuando se trata de los tres sabores, la naturaleza adopta el enfoque napolitano: todos ellos.
Un hermoso resultado
Sin embargo, eso es todo teoría, por lo que debe probarse. A lo largo de los años, varios experimentos, como los realizados en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN y las instalaciones de BaBar, en el que las partículas fundamentales se rompen en colisiones masivas. Las partículas resultantes producidas a partir de esas colisiones podrían proporcionar pistas sobre cómo funciona la naturaleza en los niveles más profundos. Y algunas de estas colisiones han sido diseñadas para ver si a la naturaleza le gusta un sabor de leptón sobre los demás.
En particular, un tipo de partícula, llamado quark bottom, realmente disfruta de la descomposición en leptones. A veces se convierte en un electrón. A veces un muón. A veces una tau. Pero pase lo que pase, los tres sabores tienen las mismas posibilidades de salir de los restos.
Los físicos han logrado acumular cientos de millones de tales desintegraciones del quark bottom, y a partir de hace unos años apareció algo extraño en los datos: la naturaleza parecía favorecer un poco más a las partículas tau en estas interacciones que los otros leptones. Sin embargo, apenas fue estadísticamente significativo, por lo que fue fácil descartar estos resultados como una mera casualidad estadística; quizás, simplemente no habíamos corrido suficientes colisiones para que todo se equilibrara.
Pero a medida que pasaron los años, el resultado se ha mantenido, como señala el físico Antonio Pich, de la Universidad de Valencia en España, en una revisión de esta investigación publicada en la base de datos de preimpresión arXiv en noviembre. La naturaleza se ve bastante terca cuando se trata de su aparente favoritismo de la partícula tau. El resultado aún no es concluyente, pero su persistencia a lo largo de los años y a través de diferentes experimentos ha hecho un verdadero rascador de cabeza.
Modelo no tan estándar
En el Modelo Estándar, los diferentes sabores de los leptones obtienen su ... bueno, sabor ... a través de sus interacciones con el bosón de Higgs: cuanto más interactúa un sabor con el Higgs, mayor es su masa. Pero de lo contrario, la naturaleza no diferencia entre ellos, de ahí la predicción de que todos los sabores deberían aparecer por igual en todas las interacciones.
Pero si estas llamadas "anomalías de sabor" son de hecho una característica real de nuestro universo y no solo un error en la recopilación de datos, entonces necesitamos alguna forma de explicar por qué la naturaleza debería preocuparse más por la partícula tau que por el electrón o el muón. Una posibilidad es que podría haber más de un tipo de bosón de Higgs volando: uno para proporcionar las masas de electrones y muones, y otro que es especialmente aficionado a la tau, lo que le permite salir de las interacciones con más frecuencia.
Otra posibilidad es que haya partículas adicionales que le hablan a la tau, partículas que aún no hemos visto en los experimentos. O tal vez hay una simetría fundamental de la naturaleza que se revela solo a través de los susurros de las reacciones leptónicas; en otras palabras, una nueva fuerza de la naturaleza que solo aparece en estas oscuras y raras interacciones.
Hasta que no demos pruebas (en este momento, la importancia estadística de esta diferencia es de alrededor de 3 sigma, lo que representa un 99.3% de posibilidades de que este resultado sea solo una casualidad, mientras que el "estándar de oro" para la física de partículas es 5-sigma, o 99.97%), no podemos estar seguros. Pero si la evidencia se endurece, podríamos usar esta nueva visión para encontrar una nueva física más allá del Modelo Estándar, abriendo la posibilidad de explicar lo que actualmente es inexplicable, como la física del universo primitivo o lo que sea que esté sucediendo. con materia oscura
