Quizás estemos un pequeño paso gigantesco hacia la solución de las preguntas universales más esenciales, incluido lo que ocurrió inmediatamente después del Big Bang, dónde se esconde la materia oscura y por qué existe la materia normal.
La creciente sensibilidad de los colisionadores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN está permitiendo a los investigadores profundizar sin precedentes en la estructura misma de nuestra realidad.
Llamado “zeptoverso”, puede albergar partículas o fuerzas no descubiertas que existen en escalas de zeptómetro, miles de billones de veces más delgadas que un cabello humano, y acciones cuánticas que dan forma al cosmos a lo largo de períodos de tiempo inimaginablemente pequeños.
Después de más de 40 años de esfuerzo, los científicos han colocado efectivamente una aldaba en la puerta del zeptoverso, ofreciendo evidencia experimental de un tipo de desintegración de partículas extremadamente esquivo e inestable.
En un seminario celebrado el 3 de noviembre y en un artículo preimpreso sobre arXiv que aún no ha sido revisado por pares, la Colaboración LHCb anunció evidencia de este fenómeno.
Se cree que ocurre sólo una vez en diez mil millones de eventos que involucran la muerte de cierta partícula “bella”: las probabilidades son sustancialmente menores que las de ganar la lotería.
Este posible descubrimiento, y una medición mucho más precisa de una desintegración hermana observada previamente, proporcionan “una nueva y poderosa prueba del Modelo Estándar y una ventana a una potencial nueva física”, explica Niladri Sahoo, física de partículas de la Universidad de Birmingham y coordinadora del grupo de trabajo LHCb Very Rare Decays.
El experimento se llevó a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones Beauty (LHCb), un proyecto de búsqueda de partículas situado a lo largo del extenso LHC subterráneo.
Ahora es capaz de centrarse en esa física de partículas raras (buscada desde la década de 1980) gracias a una actualización reciente que aumentó significativamente su tasa de detección de colisiones de partículas, además de aprovechar técnicas de aprendizaje automático para aumentar la relación señal-ruido que ha ahogado tales intentos de observaciones.
El experimento LHCb detecta desintegraciones utilizando instrumentos como su subdetector VELO de ojo de águila, que está cómodamente situado a menos de un dedo del haz de partículas para observar mejor el zoológico de partículas exóticas producidas por colisiones cercanas a la velocidad de la luz.
Así pues, el gran avance de los científicos es la posible detección de la desintegración de una partícula conocida como mesón Bd en un muón y un antimuón.
El mesón en cuestión está compuesto por dos partículas extrañas, llamadas quark de belleza y antiquark de plumón.
Los quarks vienen en seis tipos, y dos de ellos, llamados quarks arriba y abajo, se combinan en tríadas para formar neutrones y protones.
Los otros quarks son más esotéricos pero esenciales para explorar los mayores misterios universales.
En consecuencia, los “quarks de la belleza” eran comunes después del Big Bang, tal vez cuando el cosmos tenía sólo una centésima de milmillonésima de segundo, pero, naturalmente, están ausentes en la actualidad.
Entonces, ¿de dónde consiguieron los investigadores un quark de belleza para hacer el mesón y comenzar todo el asunto?
Hicieron estos quarks desde cero.
En primer lugar, colisionaron protones a una velocidad cercana a la de la luz, produciendo una pulverización efímera de partículas que incluían muchos quarks de belleza y antiquarks down, a los que no les gusta estar solos, por lo que se combinan casi instantáneamente a través de la fuerza nuclear fuerte, que también une los quarks dentro de protones y neutrones.
Estos mesones son increíblemente fugaces y se desintegran en una billonésima y media de segundo. Pero sólo una de cada diez mil millones de estas “hermosas” desintegraciones produce el resultado deseado: un muón y un antimuón emergen de la energía del reino cuántico para conservar la ley de energía-masa.
Estos muones solo “viven” alrededor de dos millonésimas de segundo antes de desintegrarse en partículas como electrones y positrones.
Reclamar evidencia de un fenómeno como este requiere un nivel de significancia de tres desviaciones estándar, o “3 sigma”, correspondiente a una probabilidad del 0,3 por ciento de que el resultado sea una casualidad.
Esta evidencia más reciente, cortesía del experimento LHCb de 2024 y 2025, combinada con datos anteriores recopilados entre 2011 y 2018, arroja un cómodo nivel de significancia de 3,2 sigma.
Para alcanzar el valor de significancia 5-sigma ‘estándar de oro’ será necesario realizar más investigaciones para confirmar esta disminución. Las futuras actualizaciones en la década de 2030 aumentarán el número de colisiones del LHC y aumentarán nuevamente la tasa de recopilación de datos, en un orden de magnitud.
Como resumen los investigadores: “Todos los resultados son consistentes con [Standard Model] expectativas y limitar nuevas contribuciones de la física a escalas de energía más allá de aquellas accesibles a través de la producción directa en el LHC”.
Esto resalta que los resultados de este trabajo se alinean con el Modelo Estándar, que explica gran parte de nuestro Universo pero no ilumina la materia oscura, o la ligera asimetría en la materia normal y la antimateria que impidió que todo el cosmos se aniquilara en una nube de energía después del Big Bang.
También nos atormenta con la sugerencia de que el descubrimiento de nueva física puede no depender de que el LHC genere directamente una nueva partícula, sino de evidencia indirecta, tal vez observada en otras tasas de desintegración.
Este ha sido el caso en los descubrimientos pasados del quark charm y del quark top, el último de los cuales es el más pesado de los quarks, casi tan masivo como un átomo de oro entero.
“Ver por primera vez pruebas claras de esta rara desintegración fue emocionante”, concluye Harry Cliff, físico de partículas de la Universidad de Cambridge y líder del equipo de análisis.
“Estamos llamando a la puerta del zeptoverso ahora. No puedo esperar a ver qué encontramos a medida que exploramos más profundamente”.
Una preimpresión del trabajo de investigación está disponible en arXiv.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.