Buscan nuevas leyes de la física con el análisis de propiedades del ‘quark top’

Un estudio de investigadores de la Universidad de Granada, que han revisado las propiedades de la partícula ‘quark top’, será de gran utilidad en la interpretación de las medidas realizadas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), cuya segunda fase de operación ha comenzado recientemente. El trabajo se publica en la revista Reviews of Modern Physics (RMP).

Quark top es la partícula elemental más pesada conocida hasta ahora, y conocer los detalles de sus propiedades ayudará, según los científicos, a plantear posibles modificaciones en las teorías físicas actuales que pudieran explicar los resultados experimentales conseguidos en este ámbito.

En la actualidad, existe una teoría que describe perfectamente casi todas las medidas realizadas en física de partículas, el llamado modelo estándar. A pesar de este éxito, se piensa que no es ésta la teoría definitiva de la Naturaleza. Entre otras razones, porque no incorpora gravedad cuántica ni incluye ninguna partícula que pueda constituir la materia oscura.

Por ello, la comunidad científica busca indicios de una teoría más completa en colisionadores como el LHC, cerca de Ginebra (Suiza), y otros de menor energía, como el Tevatron cerca de Chicago (Estados Unidos). La búsqueda se realiza tanto de forma directa -tratando de identificar nuevas partículas- como de forma indirecta -estudiando con precisión el comportamiento de las partículas conocidas. Especialmente sensibles a nueva física más allá del Modelo Estándar son las medidas de asimetrías.

En enero de 2011, el colisionador Tevatron (EE UU) encontró un valor anómalo de cierta asimetría llamada ‘forward-backward’ en la producción de parejas de quarks top–antitop (el ‘quark top’ y su antipartícula, el ‘antitop’, son las partículas conocidas más pesadas). Se observaban bastantes más ‘quarks top’ producidos en la dirección del protón (‘forward’) de lo esperado.

Esa observación no era compatible con el modelo y motivó cientos de estudios sobre el tema, especialmente investigando si la "asimetría anómala" podía explicarse por el efecto indirecto de nuevas partículas aún por descubrir.

Los investigadores Manuel Pérez-Victoria y Juan Antonio Aguilar Saavedra, del departamento de Física Teórica y del Cosmos de la UGR, comenzaron a trabajar sobre este tema, y en 2011 publicaron cinco artículos sobre esta asimetría y sus posibles consecuencias en el LHC.

Con posterioridad, el profesor Aguilar Saavedra trabajó junto con otros autores, entre ellos Aurelio Juste, y también en solitario, en otros seis artículos. Todo ello motivó que la revista RMP les encargara elaborar este artículo de revisión, también en colaboración con Dan Amidei (que participó en la medida de la asimetría ‘forward-backward’ en Tevatron).

Más cerca del modelo estándar

En la actualidad, la anomalía inicial de 2011 se ha suavizado y las medidas más recientes están más cerca de las predicciones teóricas del modelo estándar, aunque el tema no está completamente resuelto ya que aún existen ciertas discrepancias con las predicciones teóricas.

Así, el artículo firmado por los científicos de la UGR revisa la asimetría ‘forward-backward’ del Tevatron más otra asimetría análoga que se ha medido en el LHC, tanto en el modelo estándar como en diversos modelos de nueva física propuestos.

Los investigadores han analizado las posibles interrelaciones entre estas asimetrías y otras medidas, que se realizan tanto en Tevatron como en LHC, buscando una posible explicación en caso de que las discrepancias observadas se deban a física no estándar, incluyendo nuevas partículas aún por descubrir, y proponiendo algunas medidas para la segunda fase del LHC que ha comenzado recientemente.