En el colisionador de partículas del CERN, un evento poco común nos acerca de manera emocionante al borde de la nueva física.
De años de funcionamiento lo que se conoce como experiencia NA62la física de partículas Cristina Lazzeroni de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido y sus colegas han establecido, observado y medido la desintegración de una partícula de kaón cargada en un pión cargado y un par de neutrinos y antineutrinos. Los investigadores presentaron sus hallazgos en A. Simposio del CERN.
Es algo emocionante. La razón por la que el equipo ha estado buscando incansablemente este tipo tan específico de canal de desintegración durante más de una década es que es lo que se conoce como canal «dorado», lo que significa que no sólo es increíblemente raro, sino que también se puede predecir bien mediante matemáticas complejas. Composición del modelo estándar de física.
Esta rareza y precisión la convierten en una medida extremadamente sensible para descubrir nueva física. Sin embargo, solo recopilando una increíble cantidad de datos que cubren innumerables colisiones de partículas, el equipo pudo confirmar que su descubrimiento era exacto según el famoso libro.cinco sigma“Estándar de certeza estadística.
«Este desafiante análisis es el resultado de un excelente trabajo en equipo y estoy extremadamente orgulloso de este nuevo resultado». Lazzerone dice.
Los kaones consisten en una combinación de un quark y una partícula antiquark diferente asociada con la fuerza fuerte, que se desintegra rápidamente de una manera única que los físicos describen como «extraño‘. Esta extraña propiedad la convirtió en una herramienta útil para determinar las reglas según las cuales deberían comportarse generalmente las partículas.
Producir mapaches no es particularmente difícil si tienes el equipo adecuado. Utilizando el Super Sincrotrón de Protones del CERN, los investigadores dispararon un haz de protones de alta energía contra un objetivo fijo de berilio. Esto produce un haz secundario de aproximadamente mil millones de partículas por segundo, de las cuales aproximadamente el 6% son algún tipo de kaón cargado.
Los contadores no tienen una vida larga; Se forman y desintegran en una centésima de millonésima de segundo. Entonces, en ese rayo secundario, la desintegración del kaón ocurre constantemente, transformándose generalmente en un primo muy pesado del electrón llamado muón, y neutrino.
Sin embargo, en aproximadamente 13 de cada 100 mil millones de kaones que se desintegran, el resultado es un antineutrino, un neutrino y una partícula inestable hecha de otro tipo de quark y un antiquark llamado pión.
«Los kaones y piones son partículas que contienen quarks», dijo Lazzrino a ScienceAlert. El hecho de que los quarks sean de diferentes tipos (arriba, abajo, extraño, encantador, hermoso, superior) se llama sabor.
“La rareza de esta desintegración tiene que ver con que hay un cambio en el sabor de los quarks Z Contramaestre Es producido por Pune y Neutrinos. «Esto sólo puede ocurrir mediante un proceso bastante complejo, de ahí su rareza».
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La escala de desintegración del kaón necesaria para observar este proceso es astronómica, pero ese no es el final de los desafíos involucrados. Los neutrinos son notoriamente difíciles de detectar tal como están, y ellos y su compañero antineutrino se aniquilarán casi de inmediato; Para el experimento NA62, los investigadores no intentaron detectar un par neutrino-antineutrino.
Es sólo el pión cargado, o «pi+», es decir, la aguja, en medio de un enorme pajar de descomposición de otros kaones cargados (K+).
«Todas las demás desintegraciones de K+ que queremos eliminar se llaman de fondo y tienen partículas detectables. El desafío es detectarlas». todos «Desde ahí y siempre, así que cuando vemos K+ a pi+ y nada más, estamos seguros de que no hemos perdido nada, y esa es realmente la señal», explicó Lazzerino.
Por eso, cuando el equipo informó su primer conjunto de resultados en 2019, no estaban en el nivel cinco sigma de certeza estadística que encontraron. Y ahora han alcanzado ese umbral.
Ahora que se ha creado el canal de desintegración, los investigadores pueden pasar a buscar anomalías que puedan indicar nueva física. El número de kaón a pión y la desintegración de neutrinos/antineutrinos observados por el equipo son más altos que 8,4 por 100 mil millones predicho por el modelo estándarpero todavía está dentro de los parámetros de incertidumbre.
Para encontrar nueva física es necesario observar una mayor desviación en el número de desintegraciones.
«el Forma estándar La predicción de la retroalimentación ha sido muy buena hasta ahora, pero sabemos que seguramente tendrá fallas. Al igual que no incluye un modelo para materia oscuraY el asunto es- Antimateria El desequilibrio es de un orden de magnitud demasiado pequeño en relación con lo que se necesita para representar el universo. En general, esperamos que surja nueva física. Se desconoce qué es exactamente. «Pero en general esperamos que existan nuevas partículas (y fuerzas)», dijo Lazzeroni.
«NA62 ya ha recopilado más datos y continuará durante otros tres años. Con la totalidad de los datos, podremos determinar si es consistente con el Modelo Estándar».
Qué maravillosamente sexy.
El equipo presentó sus resultados en Simposio del CERN.
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