Físicos da USC publican en 'Nature' unha rara desintegración de partículas

Catro veces de cada mil millóns de desintegracións. Esta é a frecuencia dun atípico proceso subatómico que un grupo internacional de investigadores entre os que se atopan físicos da USC acaban de observar por vez primeira logo da análise dos datos procedentes do acelerador de partículas do CERN. Nun artigo publicado no último número da revista Nature, investigadores dos experimentos CMS e LHCb do Gran Colisionador de Hadróns (LHC, na súa acepción en inglés) describen a primeira observación dunha desintegración moi inusual das partículas B⁰_s en dous muóns, similares aos electróns pero máis pesados.

En opinión dos investigadores, estas desintegracións poderían abrir unha fiestra a teorías máis alá do Modelo Estándar –a teoría que mellor describe o mundo das partículas e as súas interaccións– como a supersimetría. As partículas B⁰_s e B⁰ son un tipo de partículas subatómicas inestables (mesóns) e non elementais compostas por un quark e a súa antipartícula (antiquark) unidos pola forza forte, unha das catro forzas fundamentais. Este tipo de partículas prodúcese so nas colisións de alta enerxía dos aceleradores de partículas ou na natureza mediante interaccións de raios cósmicos. Como explica Diego Martínez Santos, da USC, “os resultados amosan un acordo moi bo co Modelo Estándar, o que permite polo tanto descartar certas posibilidades dentro de Supersimetría”.
O CERN sinalou nunha nota de prensa que “este emocionante resultado é un fito importante na busca levada a cabo por moitos experimentos ao longo de case tres décadas, e ten implicacións importantes na identificación de novas partículas e fenómenos más alá do modelo estándar”.
A USC foi pioneira e principal contribuínte nestes estudos, xa que o deseño da análise e a súa validación nos datos foron o tema principal da tese de Diego Martínez Santos. De feito, a súa implicación nestes estudos foi determinante na concesión do Young Experimetnal Physicist Prize outorgado pola European Physical Society (EPS). Tamén destaca a implicación do profesor José Ángel Hernando e de Xabier Cid Vidal, investigador posdoutoral no CERN e anteriormente estudante de doutoramento da USC, que traballaron no estudo deste decaemento, especialmente na identificación de muóns. A análise de datos requiriu o uso de software para distinguir un sinal tan pequeno entre os millóns de colisións que se producen no LHC, así como un uso extensivo de mostras de control.

O CERN califica o achádego de ‘fito importante’ cun ‘emocionante resultado’

A análise presentada en Nature baséase nos datos tomados no LHC en 2011 e 2012. As colaboracións CMS e LCHb presentaron os seus primeiros resultados individuais sobre os mesóns B⁰_s en xullo de 2013 e agora, por vez primeira, fano de xeito conxunto cun elevado nivel de precisión. Neste senso, “o resultado é un excelente exemplo da cooperación entre diferentes experimentos e mostra a impresionante precisión que se pode alcanzar cando combinan as súas medidas”, dixo o director xeral do CERN Rolf Heur.
Ademais, a observación “testemuña o excelente funcionamento do LHC e a sensibilidade dos nosos experimentos, capaces finalmente de observar este extremadamente infrecuente pero importante desintegración”, sinalou o portavoz do LHCb Guy Wilkinson. Como tamén engadiu o portavoz do CMS Tiziano Camporesi, “a precisión coa que os experimentos poden medir estas desintegracións clave continúan mellorando, limitando así as extensións viables do modelo estándar”.

O experimento LHCb está formado por máis de 700 científicos de 69 centros de investigación de 17 países. En España, os grupos da Universidade de Santiago de Compostela (USC) e do Instituto de Ciencias do Cosmos (ICCUB) da Universidade de Barcelona son os equipos involucrados na análise publicada en Nature.
O equipo LHCb da USC explora, entre outras cousas, as diferenzas existentes entre materia e antimateria. En determinadas circunstancias é posible observar partículas de materia que se converten en antimateria transitoriamente, nun proceso oscilatorio cuxa frecuencia os investigadores miden. Estas oscilacións “son moi sensibles á existencia de partículas moi pesadas non antes vistas e que non se pode detectar directamente á enerxía de operación actual do LHC”, explica o investigador e xefe do grupo de investigación na USC Juan Saborido.
O LHCb está deseñado para detectar os efectos indirectos que partículas masivas sen descubrir poden ter en desintegracións de mesóns de beleza que se producen no LHC. Neste senso, LHCb pode explorar de xeito indirecto rexións de enerxía non accesibles aos grandes detectores ATLAS e CMS. Tanto ATLAS como CMS son experimentos que realizan buscas directas de novas partículas que, ou ben son predicións de teorías existentes candidatas a substituír o Modelo Estándar ou darían en todo caso indicacións de cómo construír esa nova teoría.
Pola súa banda, o grupo do ICCUB participou no deseño e implementación de dúas liñas do sistema de filtro de datos (trigger) para seleccionar en cada colisión protón-protón en LHCb os sucesos que poderían corresponder a unha parella de muóns.