El detector LHCb del CERN está empezando a mostrar anomalías en el modelo estándar de la física de partículas. ¿Podrán estos dos físicos españoles darle la vuelta a la física?
Después de su mayor descubrimiento, la confirmación de la existencia del bosón de Higgs en 2012, el LHC de Ginebra continúa en marcha para lograr nuevos hitos en la historia de la ciencia. Con su túnel subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia, el acelerador de partículas más grande del mundo, ubicado en el CERN, sigue haciendo colisionar protones para observar lo que sucede y entender de qué está hecho el universo y cómo funciona.
Uno de sus grandes experimentos, llamado LHCb, está llamando la atención porque los resultados que ofrece pueden poner la física patas arriba. Entre los investigadores que trabajan en este detector hay un nutrido grupo de españoles que se ha reunido hace unos días en las X Jornadas CPAN, celebradas en Salamanca, para exponer sus resultados y debatir sobre el alcance de lo que están observando.
"Tenemos indicios de que está pasando algo que no entendemos y hay muchas probabilidades de que sea nueva física", explica a Teknautas Arantza Oyanguren, investigadora del Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de Valencia. Los científicos están registrando anomalías, es decir, que las partículas que estudian no se comportan como deberían, según lo que se conoce como modelo estándar.
Hasta ahora este modelo es casi perfecto para explicar la composición del universo y casi todo lo que ocurre, "salvo alguna cosa": "Se supone que después del Big Bang se crearon tantas partículas como antipartículas, pero por alguna razón las antipartículas desaparecieron y por eso existe la materia", afirma la científica.
El LHCb está dedicado a estudiar partículas con unas propiedades muy características, los quarks b (por beauty, quarks bellos, o por bottom, quarks fondo), así como sus antipartículas. "Esto nos remite a instantes muy primarios del universo para intentar entender por qué desaparecieron las antipartículas y, en definitiva, por qué nuestro universo está creado de materia y no de antimateria".
A los científicos les interesa su desintegración, un proceso raro, porque la probabilidad de que suceda es muy baja, y muy rápido. Pero lo importante es que está revelando cómo son las propiedades del otro grupo de partículas fundamentales distintas a los quarks, los leptones, que son de tres tipos: electrones, muones y taus.
"Todos conocemos el electrón por la electricidad, pero tiene dos hermanos más pesados, el muón y el tau", explica Cibrán Santamarina Ríos, experto de la Universidad de Santiago de Compostela. "El muón también es muy común, nos llega uno por centímetro cuadrado y por segundo procedente de los rayos cósmicos. El tau es más pesado y sólo se produce en colisiones de alta energía natural o artificial y se desintegra mucho más rápidamente", añade.
EN CUESTIÓN LA UNIVERSALIDAD LEPTÓNICA
Según el modelo estándar, al margen de estas diferencias de masa y vida, los tres leptones se comportan igual en sus interacciones con el resto de la materia. Es lo que se conoce como universalidad leptónica. Sin embargo, "lo que estamos viendo en el LHCb es que en las desintegraciones de los quarks se producen con distinta frecuencia taus, muones y electrones. De alguna manera la naturaleza prioriza a las partículas más pesadas, salen con más frecuencia los taus que los muones y los muones que los electrones", señala el investigador.
Estos resultados, que comenzaron a aparecer el año pasado en 'Nature' y otras revistas, pueden ser muy importantes porque "nos dan pistas sobre las cosas que no conocemos y que al final podrían explicar el problema de la materia y la antimateria o al menos dar indicios de algo que vaya más allá del modelo estándar", señala Arantza Oyanguren. No obstante, "tiene que confirmarse, ya que podrían ser problemas del detector, aunque no lo creemos, o quizá haya algo del modelo que no terminamos de comprender".
El descubrimiento del bosón de Higgs fue importantísimo, precisamente, porque confirmaba el modelo estándar, pero esto "sería muchísimo más revolucionario" por lo contrario. "El bosón de Higgs estaba predicho desde hace mucho tiempo y la emoción fue descubrir que efectivamente existía. Sin embargo, esto abriría un montón de puertas a la investigación".
NUEVOS MODELOS Y NUEVAS PARTÍCULAS
En primer lugar, sería necesario que los científicos que estudian estos fenómenos de manera teórica desarrollaran un nuevo modelo que explique las anomalías encontradas. "Todo va en la dirección de que tendría que haber nuevas partículas y, de hecho, se hacen predicciones sobre la existencia de unas llamadas leptoquarks", destaca la investigadora.
De alguna manera, los físicos saben que esas nuevas partículas tienen que estar ahí, pero aún no las han visto. "Es como ver en el cielo una estela blanca y deducir que ha pasado un avión. Tú no ves el avión, pero ves su rastro, el efecto que produce".
Es como ver en el cielo una estela blanca y deducir que ha pasado un avión. Tú no ves el avión, pero ves su rastro, el efecto que produce
Desde el LHCb -donde la participación española se completa con la Universidad de Barcelona y la Universidad Ramón Llull- no se puede hacer otra cosa que no sea buscar indicios, pero en otros experimentos del LHC, como ATLAS y CMS, no es descartable que se pueda encontrar, como ocurrió con el bosón de Higgs.
Sin embargo, Arantza Oyanguren cree que esta vez no habrá un gran anuncio sobre esa nueva física: "No tendremos una evidencia clara, por el momento son medidas indirectas salvo que se encuentre esa nueva partícula que explique todo lo que está pasando".
"HAY QUE SER CONSERVADORES"
"¿Que estamos ante una nueva física? Eso nos gustaría a todos, pero hay que cogerlo con pinzas y ser conservadores, podría haber efectos que nos jueguen una mala pasada", reconoce Cibrán Santamarina.
La existencia de leptoquarks podría ser una excelente explicación, pero "los teóricos se están estrujando los sesos para que todo encaje, porque introducir nuevas partículas en un modelo no es tan sencillo, implica que cuando empiezas a hacer cálculos aparecen otras cosas que no se han visto. Los modelos tienen que encajar con lo que quieres explicar y con todo lo demás, y a veces hay cosas que ya se ha demostrado que no existen", agrega.
Al fin y al cabo, el modelo estándar es "fantásticamente bueno" y confirmar las observaciones del LHCb implicaría que no vale. Por eso, utiliza las mismas palabras que su compañera de Valencia: "Sería toda una revolución".
PARADA DEL LHC
El LHC parará a finales de este año. Hasta 2021 queda en suspenso la formidable colisión de protones que genera muchísima energía que se convierte en masa y, a su vez, en partículas. Sin embargo, eso no significa que los investigadores no vayan a trabajar, sino más bien todo lo contrario. Ahora es cuando tienen que analizar datos, publicarlos y pensar en cambiar algunas partes del detector.
El LHC parará a finales de este año hasta 2021. Para los investigadores es el momento de analizar los datos recogidos por la máquina
Dentro de unos meses saldrán a la luz nuevos resultados y "podremos decir si se confirman las diferencias entre leptones, todo el mundo está a la expectativa". Al mismo tiempo, comenzará el experimento Belle II, en Japón, que podría echar una mano corroborando las observaciones de Ginebra.
PERFECCIONAR LA MAQUINARIA Y ANALIZAR DATOS
"El problema es que trabajamos con desintegraciones tan raras y poco probables que al final tenemos pocos datos. Tenemos que comprobar si hay errores sistemáticos y que no haya nada fuera de nuestro control", indica la investigadora del IFIC, que se desplaza al menos una vez al mes al CERN.
En su centro trabajan en la electrónica relacionada con la lectura de datos. "Hay que hacer prototipos, chequearlos, mandarlos a producción" y la parada del LHC es el mejor momento para centrarse en ello.
En cambio, Cibrán Santamarina, que ha interrumpido una estancia de dos meses en Ginebra para verse con sus colegas españoles en Salamanca, desmitifica su trabajo al definirse como "alguien que se sienta delante de un ordenador para trabajar con programas que calculan un montón de datos y se reúne con otros físicos". En eso consiste analizar los resultados de las escurridizas partículas.
DE LOS HELADOS A LOS QUARKS
Y es que la llamada física del sabor no es lo que parece por su nombre. "El sabor es una propiedad de los quarks que se llamó así por casualidad: un físico entró en una heladería en Pasadena y se le ocurrió comparar la cantidad de sabores con las distintas particularidades de estas partículas", comenta Arantza Oyanguren; "los físicos no somos muy creativos", bromea.
