Los científicos que buscan evidencia de nueva física en los procesos de partículas que podrían explicar la materia oscura y otros misterios del universo se han acercado un paso más, con el nuevo resultado del experimento NA62 presentado hoy en el CERN.

El experimento, dirigido por un equipo internacional de científicos, demuestra una nueva técnica que captura y mide la desintegración ultra rara de una partícula subatómica llamada kaon.

Sus resultados, presentado en un Seminario del CERN el lunes 23 de septiembre, mostrar cómo las mediciones precisas de este proceso podrían insinuar una nueva física, más allá del Modelo Estándar desarrollado en la década de 1970.

El modelo estándar todavía se usa comúnmente para describir las fuerzas fundamentales y los bloques de construcción del universo y es una teoría de gran éxito. pero hay varios misterios del universo que el Modelo Estándar no explica, como la naturaleza de la materia oscura, o los orígenes del desequilibrio materia-antimateria en el universo. Los físicos han estado buscando extensiones del Modelo Estándar que puedan predecir nuevas partículas o interacciones que puedan explicar estos fenómenos.

La nueva medición fue realizada en el laboratorio de física de partículas del CERN por un equipo dirigido por la Universidad de Birmingham. El objetivo del experimento, llamado NA62, es estudiar los kaones de partículas subatómicas, que contiene el quark extraño, y una forma particular en la que se transforman en otros tipos de partículas con probabilidades de alrededor de 1 en 10 mil millones.

Este proceso se predice en detalle por el modelo estándar con una incertidumbre de menos del 10 por ciento, por lo que cualquier desviación de esa predicción es un signo claro y emocionante de la nueva física. Al combinar los conjuntos de datos de 2016 y 2017, el equipo encuentra que la frecuencia relativa de este proceso sería como máximo de 24,4 en 100 mil millones de desintegraciones de K +. Este resultado combinado es compatible con la predicción del modelo estándar y permite al equipo poner límites a las teorías más allá del modelo estándar que predicen frecuencias mayores que este límite superior.

"Este proceso de desintegración de kaones se denomina 'canal dorado' porque la combinación de ser ultrarraro y excelentemente predicho en el modelo estándar. Es muy difícil de capturar, y es una verdadera promesa para los científicos que buscan nueva física, "explica la profesora Cristina Lazzeroni, Profesor de Física de Partículas en la Universidad de Birmingham, y portavoz de NA62. "Al capturar una medida precisa de la desintegración, podemos identificar las desviaciones de la predicción del Modelo Estándar. El nuevo resultado aún tiene estadísticas limitadas, pero ya nos ha permitido comenzar a poner restricciones en algunos nuevos modelos físicos".

El experimento se llevó a cabo durante tres años en el sitio de Prevessin del CERN, en Francia e involucra a unos 200 científicos de 27 instituciones. El objetivo era medir con precisión cómo la partícula de kaon se desintegra en un pión y un par neutrino-antineutrino utilizando el haz de protones del Sincrotrón Super Protón (SPS) del CERN. Los kaones se crean colisionando protones de alta energía del SPS en un objetivo de berilio estacionario. Esto crea un haz de partículas secundarias que contiene y propaga casi mil millones de partículas por segundo, aproximadamente el 6% de los cuales son kaones.

Debido a que el proceso que se mide es tan raro, el equipo tenía que tener especial cuidado de no hacer nada que pudiera sesgar el resultado. Por esta razón, el experimento se llevó a cabo como un "análisis ciego, "donde los físicos inicialmente solo miran los antecedentes para verificar que su comprensión de las diversas fuentes sea correcta. Solo una vez que estén satisfechos con eso, miran la región de los datos donde se espera que esté la señal. Esta "apertura de la caja ciega" se llevó a cabo el 10 de septiembre en el Congreso Internacional de Física Kaon, KAON2019, celebrada en Perugia, Italia.

El profesor Lazzeroni agregó:"Este es un gran paso adelante para el campo de la física de partículas que nos permitirá explorar nuevas formas de entender nuestro universo. Esto ha sido posible gracias a un gran esfuerzo en equipo de todos los institutos colaboradores y el apoyo continuo de CERN ".

El experimento analizará más datos tomados en 2018 y los publicará el próximo año. También hay planes para tomar más datos para refinar la medición a partir de 2021 cuando el CERN SPS reiniciará su funcionamiento.