Partículas: esta desintegración ultra rara podría conmocionar la física
Este proceso, rarísimo, podría abrir una nueva puerta hacia fenómenos físicos desconocidos. El experimento NA62 está en el corazón de este descubrimiento.
El experimento NA62 mide aproximadamente 270 metros de largo y está alojado en las cavernas TCC8 y ECN3 de la zona norte del CERN.
Imagen: M.Brice/CERN
El kaon, una partícula subatómica, se desintegra en un pión, acompañado de un par neutrino-antineutrino. Este fenómeno es tan raro que el Modelo Estándar prevé menos de un evento por cada 10 mil millones de kaones. Esta baja probabilidad fascina a los físicos porque podría revelar una nueva física, más allá de nuestra comprensión actual. El equipo del NA62 ha diseñado dispositivos específicos para observar esta desintegración.
Cristina Lazzeroni, profesora en la Universidad de Birmingham, subraya la importancia de esta observación. Para ella, es una de las más raras jamás registradas, con un nivel de certeza que alcanza el famoso "5 sigma". La colaboración entre los investigadores ha sido esencial para obtener estos resultados.
Producidos gracias a un haz intenso de protones acelerados por el Súper Sincrotrón de Protones del CERN, los kaones son aislados en un haz de partículas secundarias dirigido hacia el detector NA62. Este detector mide los productos de desintegración de los kaones con gran precisión, en particular los piones, los únicos productos detectables.
Giuseppe Ruggiero, de la Universidad de Florencia, recuerda que este descubrimiento es el fruto de más de una década de esfuerzos. Según él, la probabilidad extremadamente baja de esta desintegración hizo que la tarea fuera difícil, pero el resultado es una recompensa a la altura de los esfuerzos invertidos.
Los datos provienen de experimentos realizados entre 2021 y 2022, tras la incorporación de mejoras técnicas. Gracias a una mayor intensidad de haz y un análisis más fino, el equipo pudo identificar más señales potenciales mientras reducía los errores de medición.
El equipo de NA62 se centra en este proceso de desintegración porque es particularmente sensible para las nuevas teorías físicas. Aunque los resultados actuales corresponden a las predicciones del Modelo Estándar, un ligero aumento observado podría sugerir la existencia de nuevas partículas.
Los próximos años serán decisivos para confirmar o refutar la existencia de estas nuevas teorías.
¿Qué es el Modelo Estándar en física de partículas?
El Modelo Estándar es la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones fundamentales. Agrupa tres de las cuatro fuerzas fundamentales del Universo: el electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil. La gravitación, sin embargo, no está incluida.
Esta teoría organiza las partículas en dos categorías principales: los quarks y los leptones. Los quarks forman los protones y los neutrones, mientras que los leptones incluyen partículas como los electrones y los neutrinos. Los bosones, como el fotón o el bosón de Higgs, son responsables de las interacciones entre las partículas.
Aunque es muy eficiente, el Modelo Estándar no lo explica todo. No incorpora la gravedad, la materia oscura ni la energía oscura, lo que empuja a los científicos a buscar nuevas teorías para completar o superar este modelo.
¿Qué es la desintegración de un kaon?
La desintegración de un kaon es un proceso en el cual un kaon, una partícula subatómica inestable, se transforma en otras partículas más ligeras. Estas transformaciones siguen las leyes de la física de partículas, en particular las descritas por el Modelo Estándar. El kaon puede desintegrarse en un pión, un neutrino y un antineutrino.
Este proceso es importante porque ocurre muy raramente. De hecho, menos de uno en cada 10 mil millones de kaones se desintegra de esta manera. Los investigadores están particularmente interesados en estas desintegraciones, porque cualquier desvío respecto a las predicciones del Modelo Estándar podría revelar nuevas partículas o fuerzas aún desconocidas.