Por Canuto  

La colaboración LHCb reportó evidencia de una desintegración extremadamente rara de una partícula beauty, con una significancia de 3,2 desviaciones estándar al combinar datos recientes y anteriores. El resultado aún no alcanza el umbral de descubrimiento, pero permite acotar posibles efectos de partículas desconocidas.

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  • LHCb halló evidencia de que una partícula Bd puede desintegrarse en dos muones, un proceso previsto como excepcionalmente raro.
  • La señal alcanza 3,2 desviaciones estándar al combinar datos de 2011 a 2018 con los de 2024 y 2025; todavía se necesita llegar a cinco para confirmar el fenómeno.
  • La mejora del detector, la mayor recolección de datos y el aprendizaje automático ayudaron a separar la señal del abundante fondo de otros procesos.

 

 

La colaboración LHCb del CERN encontró evidencia de una desintegración de una partícula beauty que ocurre, según la estimación presentada, aproximadamente una vez entre diez mil millones de desintegraciones de ese tipo. El proceso transforma una partícula Bd en un par de muones. Su rareza la convierte en una prueba sensible para buscar indicios indirectos de física más allá del Modelo Estándar.

El resultado alcanzó una significancia de 3,0 desviaciones estándar con datos recopilados entre 2024 y 2025, y subió a 3,2 al combinar ese conjunto con mediciones de 2011 a 2018. Esa cifra representa evidencia, no una confirmación definitiva: para considerar observado un fenómeno nuevo, la comunidad suele exigir cinco desviaciones estándar, por lo que el equipo aún necesita más datos y análisis.

Una señal diminuta frente a un fondo enorme

La desintegración estudiada se escribe Bd → μ⁺ μ⁻ y pertenece a un grupo de procesos que durante años se han considerado canales privilegiados para buscar nueva física. El mesón Bd neutro está compuesto por un quark down y un antiquark beauty. En la desintegración, estos dan lugar a un muón y su antipartícula; los muones se parecen a los electrones, aunque tienen más masa.

La importancia de observar un proceso tan improbable no radica solo en su rareza, sino en lo que puede revelar sobre partículas que el acelerador no produce directamente. De acuerdo con la física cuántica, otras partículas pueden influir en la manera en que ocurre una desintegración, incluso si son demasiado pesadas para aparecer de forma directa en las colisiones del LHC.

Por esa razón, una medición precisa de la tasa de desintegración permite comparar lo que ocurre en el detector con las predicciones teóricas. Si apareciera una diferencia consistente, los físicos podrían investigar si intervienen partículas o interacciones que el Modelo Estándar no describe; el resultado anunciado, sin embargo, es compatible con sus predicciones y establece límites sobre esas posibilidades.

La señal de Bd → μ⁺ μ⁻ resulta todavía más difícil de distinguir que la de otra desintegración relacionada, Bs → μ⁺ μ⁻. Esta última ocurre alrededor de tres veces por cada mil millones de desintegraciones de partículas beauty, mientras que la tasa prevista para el proceso con Bd es unas treinta veces menor, una diferencia que ayuda a dimensionar el desafío experimental.

Décadas de búsqueda y una medición aún provisional

La búsqueda tiene una historia de varias décadas, y el resultado actual no es la primera vez que los experimentos examinan esta señal. En 2015, un análisis conjunto de las colaboraciones LHCb y CMS reportó la observación de la desintegración Bs → μ⁺ μ⁻ y una primera evidencia de Bd → μ⁺ μ⁻.

Las actualizaciones posteriores, basadas en datos recogidos hasta 2018, no confirmaron aquella evidencia de Bd. La nueva medición vuelve a situar el proceso en el terreno de la evidencia estadística, pero su nivel de significancia sigue por debajo del umbral de cinco desviaciones estándar que permitiría hablar de una observación consolidada.

El umbral importa porque una fluctuación aleatoria puede imitar una señal cuando los investigadores analizan muchos eventos y procesos de fondo. En la escala utilizada para este tipo de resultados, tres desviaciones estándar corresponden a una probabilidad de alrededor de 0,3% de que una fluctuación estadística produzca una señal igual o más extrema; llegar a cinco reduce esa posibilidad y respalda una afirmación más firme.

Marco Santimaria, quien codirigió el equipo internacional de análisis de 19 personas, dijo que los físicos persiguen esta desintegración desde hace más de cuarenta años y que separar los muones del fondo abrumador exige precisión extrema. Su comentario apunta al reto central del estudio: identificar una señal muy poco frecuente entre numerosos procesos que pueden producir registros parecidos en el detector.

Mejoras del detector y próximos pasos

La mejora del experimento LHCb realizada en 2024 permitió recoger datos a un ritmo cinco veces superior al alcanzado entre 2010 y 2018, además de reforzar la capacidad del detector para diferenciar distintos tipos de partículas. Más datos y una identificación más precisa resultan cruciales cuando el equipo busca sucesos escasos y debe descartar eventos que podrían confundirse con la señal investigada.

El análisis también empleó técnicas de aprendizaje automático para suprimir el amplio fondo de otros procesos. Según la colaboración LHCb, esa combinación de mayor volumen de datos, mejoras del detector y herramientas de análisis ayudó a extraer una señal que, de otro modo, habría quedado oculta entre eventos mucho más comunes.

En el mismo estudio, el equipo realizó las mediciones más precisas hasta la fecha de Bs → μ⁺ μ⁻, una desintegración que ya había sido observada. El avance en esa medición complementa la evidencia de Bd → μ⁺ μ⁻ y muestra que las mejoras técnicas no solo sirven para perseguir el proceso más raro, sino también para afinar el conocimiento de un canal relacionado.

Las próximas investigaciones intentarán elevar la significancia de Bd → μ⁺ μ⁻ hasta cinco desviaciones estándar, paso necesario para confirmar la señal y establecerla como la desintegración de una partícula beauty más rara observada hasta ahora. El CERN prevé que la puesta en marcha del LHC de alta luminosidad en 2030 y una nueva mejora de LHCb a mitad de la próxima década puedan elevar la recolección de datos en otro orden de magnitud, lo que ampliaría la sensibilidad a procesos poco frecuentes.

Harry Cliff, coordinador de Desintegraciones Raras de LHCb y codirector del análisis, describió el resultado como una oportunidad para explorar más allá del alcance directo del acelerador. También señaló que la futura mejora de LHCb permitirá observar muchas más de estas desintegraciones y aumentar la sensibilidad a partículas aún desconocidas; por ahora, el hallazgo representa un indicio prometedor, no una prueba de nueva física.

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