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CHARM@LHCB: en busca de una física nueva con encanto

El acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), situado a las afueras de Ginebra, ha empezado a funcionar y los científicos esperan que se creen nuevas partículas, lo cual podría terminar con los treinta años de reinado del modelo estándar de la física de partículas.
CHARM@LHCB: en busca de una física nueva con encanto
Los científicos que trabajan en el proyecto CHARM@LHCB (Search for new physics in charm at LHCb), financiado por la Unión Europea, esperan realizar nuevos descubrimientos en una zona inesperada: el experimento LHC beauty (LHCb). A diferencia de los experimentos A Toroidal LHC Apparatus (ATLAS) y Compact Muon Solenoid (CMS), LHCb es un experimento pequeño dedicado a los quarks beauty o quarks b.

Pero ¿por qué se cree que el experimento LHCb diseñado para atrapar quarks b tiene bastantes probabilidades de descubrir física nueva? Se ha hallado que ciertos procesos gobernados por la interacción débil tratan la materia y la antimateria de forma distinta. El modelo estándar incorpora este fenómeno conocido como violación de la simetría CP mediante la matriz de «combinación» de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM).

La matriz CKM describe la probabilidad de que un quark cambie de un tipo a otro al interactuar con la partícula mensajera de la fuerza débil. Los antiquarks están gobernados por la misma matriz, pero con todas las entradas sustituidas por sus conjugados complejos. Puesto que los números de la matriz CKM tienen partes imaginarias distintas de cero, los quarks y los antiquarks tienen interacciones distintas.

Los socios de CHARM@LHCB se centraron en las mediciones relacionadas con CKM que implican hadrones charm. En su búsqueda de la violación de la simetría CP, utilizaron un enfoque innovador para describir el espacio de fase de las desintegraciones de mesones charmed de tres cuerpos. Las medidas empleadas se habían recopilado en el detector Cleo, en relación con partículas generadas en el anillo de almacenamiento de electrones-positrones de Cornell.

El nuevo análisis se basó exclusivamente en datos experimentales, en lugar de en simulaciones numéricas, con el fin de evaluar el rendimiento del detector durante el tiempo de desintegración del mesón. Los resultados del proyecto sugieren la existencia de partículas pesadas todavía no descubiertas que añaden nuevas fuentes de violación de la simetría CP en el Universo temprano. Esto va a favor de los intentos actuales de abordar las carencias del modelo estándar.

En concreto, el problema es que la cantidad de violación de la simetría CP que proporcionan los quarks es mil millones de veces menor que la necesaria para generar la asimetría materia-antimateria observada. Es probable que el LHCb alcance su máximo rendimiento antes que ATLAS y CMS. Por este motivo, este experimento podría descubrir antes nuevas partículas fundamentales que se pueden generar en el LHC.

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Palabras clave

LHC, modelo estándar, física de partículas, LHCb, quarks beauty, antiquarks
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