Investigadores de la Universidad de Melbourne analizaron datos del experimento Bell en busca de nuevas partículas invisibles producidas en la desintegración de los mesones B.
La investigación del Dr. Daniel Marcantonio, publicada en Physical Review Letters, examinó datos del experimento de física de partículas Belle, que hace colisionar electrones con su antimateria, positrones, en el laboratorio KEK en Japón.
La energía de colisión se ajustó para producir mesones B, que son partículas pesadas e inestables que contienen quarks inferiores. Vale la pena estudiar los mesones B porque su desintegración es susceptible a partículas nuevas y no descubiertas.
Búsqueda de posibles partículas de materia oscura
El Dr. Marcantonio buscó en los datos de Belle evidencia de «partículas que interactúan débilmente» (FIP), partículas hipotéticas que interactúan extremadamente raramente con la materia ordinaria.
Muchas teorías en física de partículas predicen el FIP, y algunas teorías sugieren que las partículas pueden ser candidatas a ser materia oscura, o incluso mensajeras entre la materia ordinaria y un hipotético «sector oscuro».
El análisis de Marcantonio estudió cinco canales de desintegración diferentes para los mesones B, tres de los cuales nunca habían sido explorados antes, buscando nuevas partículas invisibles que acompañaran a partículas conocidas como piones, kaones, protones o mesones más pesados.
El conjunto de datos de Belle contiene 711 femtoquemaduras inversas de más de 770 millones de pares de colisiones electrón-positrón del mesón B. La técnica de etiquetado B se utiliza para el análisis, lo que permite reconstruir completamente un mesón B de cada evento y restringir estrictamente las propiedades de desintegración de otros mesones B.
Marcantonio comentó: «Dado que esta es la primera exploración de algunos de estos canales de colapso, esperamos que motive una mayor exploración de aún más variaciones de estos colapsos, tanto en Belle II como en otros experimentos».
Los resultados nulos pueden ayudar a limitar el alcance de su investigación
No se identificaron nuevas partículas en los datos, por lo que el análisis sugiere que existe un límite superior en la frecuencia con la que pueden ocurrir estas desintegraciones. Aunque esto no descarta completamente la existencia de partículas, ayudará a estudios futuros a delimitar los parámetros y condiciones bajo las cuales pueden existir.
Estas son las restricciones más estrictas hasta la fecha para los cinco canales, lo que puede traducirse en restricciones en la fuerza de interacción entre nuevas partículas hipotéticas (como partículas similares a axiones o escalares oscuros) y partículas documentadas.
Comprender el desequilibrio cósmico
Uno de los canales de desintegración estudiados por Marcantonio involucra protones en su estado final, lo que puede limitar un mecanismo teórico llamado «mesogénesis B». Se cree que la desintegración de los mesones B en el universo primitivo puede haber canalizado la antimateria hacia el sector oscuro, lo que podría explicar el universo dominado por la materia que se observa hoy.
El análisis descarta la producción de B meso para varias masas de partículas hipotéticas de materia oscura, y el profesor Marcantonio espera que esto ayude a centrar la investigación futura en la física más allá del modelo estándar.
«Estos resultados se aplican a muchos más modelos teóricos de los que pudimos cubrir en nuestro artículo, y esperamos que la comunidad en general los utilice para limitar aún más escenarios de los que consideramos».
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