La física de partículas o de altas energías es un área de investigación que se dedica al estudio teórico y experimental de las partículas elementales y sus interacciones; estas son a partir de las cuales se forma la materia conocida: protones, neutrones y electrones, entre otras. Las interacciones son las fuerzas de la naturaleza que pueden actuar sobre las partículas, como la electromagnética o las nucleares débil y fuerte.
En este campo de investigación se ubicó la tesis doctoral de Sergio Lennin Tostado Robledo, egresado del Departamento de Física del Cinvestav, cuyo título fue “Nueva física y pruebas de precisión del modelo estándar con decaimientos semileptónicos de mesones pesados”, que se hizo acreedora del Premio Arturo Rosenblueth 2018, en el área de Ciencias Exactas y Naturales.
La mayor parte de la propuesta, dirigida por Gabriel Lopez Castro, investigador del Departamento de Física de este Centro, se enfocó a los aspectos fenomenológicos de la física de partículas, con la utilización de herramientas teóricas para hacer predicciones observables que puedan ser verificadas en los experimentos de grandes aceleradores como Belle II o el Gran Colisionador de Hadrones.
“La fenomenología de partículas tiene aportes tanto para el lado teórico como en el experimental y resulta útil para entender si la teoría está funcionando bien o si tiene ciertas carencias que debemos identificar para poder describir lo que se observa en el experimento”, explicó Tostado Robledo.
Es bien conocido en la comunidad de partículas que existen ciertas discrepancias entre algunos resultados experimentales y las predicciones teóricas, las cuales se conocen también como anomalías. La precisión en ambas determinaciones juega un papel importante para poder concluir finalmente si tales discrepancias de verdad están presentes o si ambos resultados coinciden dentro de cierto margen de error.
“Desde nuestro punto de vista, la confirmación de tales diferencias serían una prueba factible de la existencia de nuevos fenómenos, o nueva física, que no están considerados en la teoría actual; por otro lado, un mejor acuerdo entre los resultados confirmaría el éxito del modelo utilizado”, sostuvo Sergio Lennin Tostado.
La teoría que describe las interacciones entre las partículas fundamentales de materia se conoce como el modelo estándar de la física de partículas. Esta teoría ha logrado describir una enorme cantidad de datos experimentales con muy buena precisión. Sin embargo, existen fenómenos muy interesantes que no están considerados en su formulación actual, por ejemplo, la materia y energía oscura, las masas de los neutrinos, la asimetría materia-antimateria o la gravedad.
Debido a esto se suele comentar que el modelo estándar es una teoría incompleta que necesita extenderse, por tanto, muchas de las propuestas para resolver estos problemas incluyen la presencia de nuevas partículas o nuevas fuerzas. El trabajo doctoral de Tostado Robledo analizó algunos procesos no estudiados previamente, permitidos por la teoría actual, que pudieran resolver las anomalías observadas en los decaimientos semileptónicos de algunas partículas pesadas, principalmente mesones B.
A pesar de que estos procesos no resuelven tales discrepancias, serán de gran utilidad para ayudar a reducir las incertidumbres de las predicciones teóricas o a estimarlas adecuadamente; esto será necesario para poder hacer comparaciones certeras entre teoría y experimento, debido a que existe una nueva generación de experimentos que medirán con mejor precisión estas cantidades.
“La mayoría de las propuestas que existen involucran nuevas partículas fundamentales y/o nuevas fuerzas de la naturaleza que pueden poseer propiedades muy peculiares e interesantes; por ejemplo, podríamos imaginar una fuerza capaz de convertir materia en antimateria directamente, o incluso nuevos tipos de materia. Sin embargo, estas hipótesis no se han podido confirmar experimentalmente. Es por eso que buena parte del esfuerzo teórico y experimental actual se enfoca a este tipo de búsquedas indirectas de nueva física”, aseguró Sergio Lennin Tostado Robledo.