Hay sucesos tan raros que, para verlos, hace falta producir miles de millones de oportunidades. En el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, cerca de Ginebra, los protones chocan millones de veces por segundo y generan, entre muchas otras cosas, unas partículas llamadas mesones B. Casi siempre se desintegran de maneras conocidas. Pero, según la teoría, una vez de cada diez mil millones debería ocurrir algo muy especial: el mesón se transforma en un par de muones, unos parientes pesados del electrón.
El 3 de noviembre, la colaboración LHCb anunció que encontró pruebas de esa desintegración del mesón B neutro (formado por un quark bottom y un antiquark down) en dos muones. Si se confirma, será la desintegración más rara de una partícula con quark bottom jamás observada.
«Los físicos llevan más de cuarenta años persiguiendo esta desintegración», explicó Marco Santimaria, que codirigió el equipo de 19 personas responsable del análisis.
Indicios, todavía no un descubrimiento
En física de partículas, las palabras importan. Para hablar de «evidencia», una señal tiene que alcanzar una significancia de 3 sigma, lo que equivale a una probabilidad de alrededor del 0,3 % de que sea una fluctuación aleatoria de los datos. Para anunciar una «observación» o un descubrimiento, el estándar es mucho más exigente: 5 sigma, una probabilidad de menos de una en un millón.
Con los datos tomados en 2024 y 2025, LHCb alcanzó por sí solo 3,0 sigma. Al combinarlos con los de 2011 a 2018, la significancia subió a 3,2 sigma. Es la primera vez que un único experimento logra evidencia de este proceso.
El camino no ha sido lineal. En 2015, un análisis conjunto de LHCb y del experimento CMS ya había reportado indicios de esta misma desintegración, pero los estudios posteriores, con más datos acumulados hasta 2018, no lograron confirmarlos. Esta vez, el resultado se apoya en una versión mejorada del detector.
Un detector renovado y ayuda de la IA
LHCb fue sometido a una gran actualización que le permite, desde 2024, recoger datos a un ritmo unas cinco veces mayor que antes y distinguir mejor entre tipos de partículas. Además, el equipo usó técnicas de aprendizaje automático para separar la señal buscada del enorme ruido de fondo que generan otras desintegraciones.
El mismo análisis produjo también la medición más precisa hasta ahora de una desintegración hermana: la del mesón B extraño, o Bs, en dos muones. Ese proceso es unas treinta veces más frecuente y ya había sido observado en 2015. Según el trabajo, que fue enviado a la revista Physical Review X y todavía no superó la revisión por pares, la probabilidad medida para el mesón B neutro ronda 1,1 en diez mil millones, en línea con la predicción teórica de alrededor de 1,03.
Por qué importa que todo cuadre
Un resultado que coincide con la teoría puede parecer poco emocionante, pero en este caso es una herramienta poderosa. Estas desintegraciones son tan raras porque el modelo estándar, la teoría que describe las partículas conocidas, las suprime de forma muy fuerte. Si existieran partículas desconocidas demasiado pesadas para ser producidas directamente en el LHC, podrían participar de forma indirecta en el proceso y cambiar su frecuencia.
Por eso, cada medición precisa funciona como una prueba de alta sensibilidad. Si la frecuencia observada se apartara de la predicha, sería una señal de nueva física. Como coincide, el resultado reduce el espacio en el que esas partículas hipotéticas podrían esconderse. Harry Cliff, responsable del grupo de desintegraciones raras de LHCb, señaló que estas mediciones abren «nuevas posibilidades para explorar más allá del alcance directo del LHC».
El próximo paso: 5 sigma
LHCb seguirá acumulando datos con el objetivo de alcanzar los 5 sigma y convertir la evidencia en una observación formal. El LHC de Alta Luminosidad, que comenzará a operar alrededor de 2030, y una nueva actualización de LHCb prevista para mediados de la década de 2030 podrían multiplicar por diez la cantidad de datos disponibles.
Con eso, los físicos esperan medir esta desintegración con la precisión suficiente para detectar desviaciones mínimas. Después de cuarenta años de búsqueda, unos años más de paciencia no parecen tanto.
