Los físicos saben que su elegante descripción teórica de fuerzas y partículas (el modelo estándar de la física de partículas) debe ser incompleta, porque hay una serie de fenómenos que no pueden explicar, como la existencia de la materia oscura.
Pero las observaciones continúan confirmando la exactitud del modelo con una precisión cada vez mayor. Incluso las mediciones que parecían romper el molde, como una discrepancia en la masa de una partícula llamada bosón W, se han evaporado tras una mayor investigación.
Ahora, un análisis de un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas cerca de Ginebra, Suiza, sugiere que ha aumentado la evidencia de un resultado que se desvía del modelo estándar. Se trata de la desintegración de partículas llamadas mesones B en otras partículas. El resultado, que ha sido aceptado para su publicación en Physical Review Letters, es una de las últimas anomalías que quedan para los físicos de partículas, que buscan nueva física en los desechos de las colisiones protón-protón que convierten la energía en materia.
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Nature explora los últimos hallazgos del experimento de belleza LHC (LHCb) del CERN y las partículas exóticas y pesadas que podrían explicarlos.
¿Qué encontró el experimento?
En lugar de buscar directamente partículas nuevas y pesadas, el LHCb busca sus efectos sutiles, incluso cuando aparecen fugazmente como “partículas virtuales” que influyen en la desintegración de las partículas. Para buscar estos efectos, los investigadores analizaron la frecuencia y el ángulo con el que emergen las partículas de las desintegraciones, para comprobar si coinciden con los predichos por el modelo estándar. El nuevo análisis analiza cuándo un mesón B (una partícula compuesta por un quark inferior y otro quark más ligero) se desintegra en otro mesón que contiene un quark extraño, conocido como kaón, así como dos muones (primos más pesados del electrón). Descubrieron que los ángulos en los que los productos finales emergen de la descomposición no concuerdan con los predichos por el modelo estándar. La evidencia de esta anomalía ha ido aumentando desde 2015.
¿Cómo apunta esto a la nueva física?
Los físicos creen que esta desintegración del mesón B, conocida como desintegración del pingüino, debería ser particularmente sensible a la física aún no descubierta. (El teórico británico John Ellis acuñó el término en 1977, debido al parecido de un diagrama de descomposición con el de un pingüino, tras perder una apuesta que le obligó a incluir la palabra en su siguiente artículo). La desintegración implica un bucle cuántico, en el que un quark inferior se transforma en un quark extraño, a través de una transición temporal a partículas “virtuales” que aparecen y desaparecen. La física cuántica permite que incluso partículas pesadas, no estándar, entren fugazmente en este circuito y dejen los productos finales con propiedades que no son posibles solo con partículas conocidas.
Debido a que esta desintegración es tan rara (alrededor de uno entre un millón de mesones B se desintegra de esta manera), el impacto de nuevas partículas debería ser más fácil de detectar que en otras desintegraciones más comunes, en las que la señal quedaría ahogada.
¿Deberíamos estar emocionados?
El análisis incluye alrededor de 650 mil millones de desintegraciones acumuladas en el LHC durante dos ejecuciones entre 2011 y 2018. Las mediciones de los ángulos de las partículas que emergen no concuerdan con el modelo estándar, con una significancia de alrededor de cuatro sigma. Esto significa que la probabilidad de que el ruido aleatorio de los procesos regulares del modelo estándar produzca esta señal es de aproximadamente una entre 16.000, dice William Barter, físico de partículas de la Universidad de Edimburgo, Reino Unido, que trabaja en el LHCb. “Éste es uno de los resultados más significativos de los últimos años en el LHC”, afirma Barter. Particularmente interesante es que el hallazgo parece ser corroborado tentativamente por otro experimento del LHC, llamado Compact Muon Solenoid o CMS, que ha observado una discrepancia en esta desintegración del mesón B, aunque con menor significancia estadística.
Pero el entusiasmo se modera, añade, porque una desintegración rival que involucra partículas llamadas quarks encantadores puede crear los mismos productos que la transición del fondo al extraño, y es difícil para los teóricos predecir con precisión cómo estos ‘pingüinos encantadores’ impactarían los ángulos de los productos finales de la desintegración. La teoría sugiere que es poco probable que esta decadencia explique la desviación total del modelo estándar, pero su existencia da lugar a la cautela.
Si la señal es real, ¿qué nuevas partículas podrían explicarla?
Una posibilidad que podría explicar la discrepancia es si una partícula conocida como Z′ (pronunciada Z prima) es una partícula virtual involucrada en la ruptura de los mesones B como parte de la transición del quark inferior al extraño. Los físicos han sugerido que esta partícula, que estaría asociada con una fuerza nueva, aún no descubierta, sería similar al bosón Z, una de las dos partículas que media la fuerza nuclear débil involucrada en la desintegración radiactiva. Pero Z′ sería más pesado y tendría preferencia por interactuar con ciertas familias de partículas, dice Ben Allanach, físico teórico de la Universidad de Cambridge, Reino Unido. La Z′ mediaría una fuerza que discrimina entre diferentes “sabores” de partículas, añade. Esta teoría también podría ayudar a explicar por qué las masas de las partículas en el modelo estándar pueden ser tan radicalmente diferentes.
Otra posibilidad es la existencia de un leptoquark, una partícula de vida corta que, a altas energías, se supone que adquiere las propiedades de dos familias de partículas: los leptones y los quarks. Los leptoquarks proporcionan otra forma en la que los quarks inferiores podrían pasar a quarks extraños y también podrían causar los ángulos de desintegración observados, dice Barter.
¿Qué otras anomalías podrían desafiar el modelo estándar?
No quedan más. Una diferencia inesperada y de larga data en la forma en que los mesones B se desintegraron en electrones y muones se evaporó en 2022 con más datos. Y en 2024, los físicos del LHC anularon las esperanzas de una aparente anomalía detectada por otro experimento, el Collider Detector del Fermilab (CDF), dos años antes. Durante décadas, los físicos también se habían preguntado si la extraña forma en que los muones se comportaban en un campo magnético podría explicarse mediante nueva física, pero las predicciones revisadas en 2023 sugirieron que podría no haber discrepancia que explicar.
Los experimentos en el LHC han observado otras tensiones entre sus resultados y el modelo estándar, en hallazgos relacionados con las desintegraciones del mesón B y también con el bosón de Higgs, la partícula asociada con el campo que le da masa a todo. Pero todos ellos son menos significativos que el último resultado, afirma Allanach.
¿Cuándo sabremos más?
Los físicos del LHCb aún tienen que analizar la montaña de datos sobre la desintegración de los pingüinos acumulados en el colisionador desde 2018. Esto sucederá más rápido ahora que se ha realizado el análisis inicial, dice Barter, pero todavía no se esperan nuevos resultados hasta el próximo año como muy pronto. Si el Z′ existe y no es demasiado pesado, sería posible que otros experimentos del LHC observaran su desintegración directamente, añade Allanach, especialmente con la máquina mejorada de alta intensidad prevista a partir de 2030.
Este artículo se reproduce con autorización y se publicó por primera vez el 1 de mayo de 2026.