Primers indicis experimentals de la "Nova Física"

31/07/2013

El Model Estàndard, el model teòric més complet que existeix fins ara per explicar l’univers, té mancances i no permet explicar fenòmens com ara la matèria fosca o la interacció gravitatòria entre partícules. Els físics cerquen una teoria més fonamental a la que anomenen “Nova Física”, però fins ara no hi havia cap prova directa de la seva existència, a banda de l’observació indirecta de la matèria fosca, deduïda, entre d’altres, a partir del moviment de les galàxies.
 
Un equip de físics format pel professor del Departament de Física de la UAB Joaquim Matias, l’investigador postdoctoral Javier Virto de la mateixa universitat i l’investigador del CNRS/Université Paris-Sud Sebastien Descotes-Genon han predit que aquesta Nova Física implicaria l’existència d’unes desviacions en la probabilitat d’una desintegració molt específica d’una partícula, el mesó B. Detectar aquestes petites desviacions mitjançant un experiment seria la primera prova directa de l’existència d’aquesta teoria més fonamental. 
 
El 19 de juliol passat, científics del detector LHCb, un dels grans experiments que es duen a terme a l’accelerador LHC del CERN, van mostrar a la conferència internacional de física de partícules EPS 2013 d’Estocolm (Suècia), els resultats de les mesures experimentals d’aquesta desintegració del mesó B. Les mesures mostren unes desviacions respecte les prediccions del Model Estàndard que els investigadors de la UAB i del CNRS van calcular. El fet rellevant ha estat que aquests investigadors han demostrat que totes aquestes desviacions mostren un patró coherent que els ha permès identificar-ne l’origen en una única font.
 
Els resultats del seu anàlisis apunten a una desviació respecte a la predicció del Model Estàndard de 4.5 sigmes. Si es confirma, seria tot un esdeveniment, atès que els científics consideren 3 sigmes com a “evidència científica” de la Nova Física i 5 sigmes com a “descobriment”.
 
“Cal ser prudents, perquè caldran més estudis teòrics i més mesures experimentals per confirmar-ho”, explica Joaquim Matias, “però si es confirmen estaríem davant de la primera prova directa de la Nova Física, una teoria més general que l’actualment vigent  Model Estandard”. “Si el Higgs ha completat el puzle del Model Estàndard, aquests resultats poden ser la primera peça d’un nou puzle molt més gran”, afegeix el Dr. Matias.
 
Els investigadors apunten que un dels models de Nova Física que podria explicar aquests resultats seria el que postula l’existència d’una nova partícula anomenada Zprima, “però n’hi podria haver molts d’altres models compatibles”, puntualitza   Matias.
 
L'interès del resultat ha portat a que els dos grans experiments ATLAS i CMS, sensibles a les propietats d'aquestes desintegracions, també intentin realitzar estudis similars.  El Dr. Matias ha estat convidat a explicar els detalls teòrics en diferents seminaris al CERN amb l'objectiu d'explorar si els resultats poden ser corroborats. Al mateix temps, LHCb també està analizant dades adicionals per millorar l'estadistica i confirmar les mesures el mes de març del 2014.
 
Més enllà del Model Estàndard
 
Fa anys que els físics de partícules saben que la teoria que utilitzen, el Model Estàndard,
tot i ser un model molt exitòs en tots els tests fets fins ara, té importants carències com la manca d’un candidat de matèria fosca. A banda d’altres problemes més fonamentals com l’anomenat problema de les jerarquies o de la asimetria matèria-antimatèria de l’Univers.
 
Dos dels objectius centrals de l’accelerador Large Hadron Collider (LHC), al CERN (Ginebra) són trobar el bosó de Higgs i  trobar el que s'anomena Nova Física, una teoria més fonamental i més general que la del Model Estàndard en la qual aquest model només seria un cas particular. Els físics van trobar, ara fa un any, el bosó de Higgs, però pel que sembla la partícula encaixa perfectament en el Model Estàndard i de moment no dóna cap pista clara de Nova Física.
 
Resultats presentats a la conferència EPS 2013
 
Al CERN hi ha quatre experiments, quatre grans detectors (ATLAS, CMS, LHCb, i Alice) que enregistren les col·lisions entre partícules per tal que els científics analitzin el seu comportament. El detector l'LHCb està dissenyat per estudiar el comportament dels quarks i estudiar desintegracions anomenades rares, molt poc freqüents.
 
El 19 de juliol passat, en la conferència de Física d’Altes Energies EPS 2013 de la Societat Europea de Física, a Estocolm (Suècia), el dr. Matias va presentar les prediccions teòriques del seu grup sobre una d’aquestes desintegracions: la d’un mesó B, format per un quark b i un antiquark d, en un parell de muons i en una partícula anomenada K*. El grup d’investigadors de la UAB i CNRS va calcular la predicció de com ha de funcionar aquesta desintegració, i com canviaria en diversos escenaris de Nova Física.
 
Poc després, un físic experimental del detector LHCb, Nicola Serra, va presentar en la mateixa conferència els primers resultats experimentals complets d'aquesta desintegració. De manera sorprenent, les mesures experimentals eren coherents amb les desviacions predites per Joaquim Matias i els seus col·laboradors. Per primer cop, aquest tipus de desviacions eren consistents amb prediccions teòriques basades en la presència de contribucions  més enllà del Model Estàndard.