La colaboración LHCb ha encontrado indicios de un decaimiento que aparece aproximadamente una vez por cada 10.000 millones de desintegraciones de partículas beauty: el mesón B⁰ se transforma en dos muones. La señal alcanza 3,2 desviaciones estándar al combinar datos de distintos periodos, un resultado compatible con el Modelo Estándar, pero todavía por debajo del umbral necesario para confirmar una observación.
El resultado se presentó en un seminario en el CERN el 3 de noviembre de 2026. Es la primera vez que un único experimento reúne indicios suficientes de este proceso, tras una búsqueda que, según el Laboratorio Nacional de Frascati del INFN, comenzó en 1984 con CLEO, en la Universidad de Cornell.
Una señal rara, compatible con la teoría
El B⁰ está formado por un quark beauty y un antiquark down. En el decaimiento estudiado, la partícula produce un par de muones, uno con carga positiva y otro negativa. Los muones se parecen a los electrones, aunque tienen más masa; distinguirlos entre una gran cantidad de otros procesos fue uno de los retos centrales del análisis.
La frecuencia esperada para este canal es muy baja. El decaimiento equivalente del mesón B⁰s en dos muones se produce alrededor de tres veces por cada mil millones de desintegraciones de partículas beauty. El del B⁰ sería unas 30 veces menos frecuente según la predicción del Modelo Estándar.
Estos canales se consideran «canales dorados» para buscar fenómenos que la teoría actual no describe. La mecánica cuántica permite que otras partículas influyan en la manera en que decae un mesón; algunas podrían ser demasiado pesadas para producirse directamente en las colisiones del LHC, pero dejar una huella indirecta en la frecuencia del proceso. Una diferencia significativa frente a la predicción podría apuntar a esa influencia.
Por ahora, las medidas de LHCb son compatibles con el Modelo Estándar. El resultado no anuncia una partícula nueva: restringe con mayor precisión qué modelos que amplían la teoría siguen siendo posibles y orienta futuras búsquedas, según la colaboración LHCb.
De una pista de 2015 a la evidencia actual
La búsqueda no partió de cero. En 2015, un análisis conjunto de LHCb y CMS observó por primera vez el decaimiento B⁰s → μ⁺μ⁻ y comunicó indicios del canal más raro del B⁰. Análisis posteriores con datos acumulados hasta 2018 no confirmaron aquellos indicios. La señal actual constituye la primera evidencia obtenida por un solo experimento.
El historial del canal B⁰s muestra el recorrido de estas mediciones: LHCb comunicó indicios con una significancia de 3,5 desviaciones estándar en noviembre de 2012; LHCb y CMS anunciaron la primera observación conjunta, con 6,2, en mayo de 2015; y LHCb informó de una observación individual con 7,8 en febrero de 2017. El canal B⁰ sigue siendo mucho más difícil de identificar.
La significancia de la nueva señal fue de 3,0 desviaciones estándar con datos de 2024 y 2025. Al combinar esos resultados con los registros de 2011 a 2018, subió a 3,2. El CERN explica que tres desviaciones estándar corresponden a una probabilidad de alrededor del 0,3 % de obtener por azar una señal igual o más extrema; el INFN expresa la cifra combinada como aproximadamente una posibilidad entre 1.500 de que se deba a una fluctuación del fondo.
Para hablar de una observación confirmada, la comunidad de física de partículas exige cinco desviaciones estándar. La señal aún no alcanza ese umbral. Si lo hace, el decaimiento B⁰ → μ⁺μ⁻ pasaría a ser el más raro observado entre las partículas beauty.
Más colisiones y una identificación más precisa
La actualización Upgrade I de LHCb, realizada en 2022 según el INFN, permitió registrar datos a una tasa de colisiones cinco veces superior a la anterior. El CERN compara el nuevo ritmo de adquisición con el periodo de 2010 a 2018. El detector también mejoró su capacidad para distinguir tipos de partículas, mientras que el equipo aplicó técnicas de aprendizaje automático para separar las señales raras de los procesos de fondo.
El experimento registra cientos de millones de colisiones protón-protón por segundo. El INFN cifra el flujo de datos en cuatro terabytes por segundo y señala que el detector analiza más de cien millones de colisiones por segundo. La precisión para reconocer los muones resulta decisiva porque, sin esa selección, el fondo habría ocultado las señales buscadas.
Marco Santimaria, investigador del Laboratorio Nacional de Frascati del INFN y uno de los responsables del análisis, codirigió un equipo internacional de 19 físicos, con participantes de Italia, Reino Unido, Alemania, España y Países Bajos. El sistema de muones de LHCb incluye cámaras proporcionales multihilo con una superficie total de 435 metros cuadrados; muchas se construyeron en Frascati y llevan más de 15 años recogiendo datos.
“Identifying muons amid an enormous background is the real challenge of this measurement, and it is also at the heart of the work carried out by our analysis group in Frascati.”
— Marco Santimaria, investigador del Laboratorio Nacional de Frascati del INFN
El análisis combinado también produjo las medidas más precisas del decaimiento B⁰s en dos muones, tanto para su fracción de desintegración como para su vida media efectiva. La colaboración LHCb comunicó una vida media efectiva de 1,60 ± 0,16 ± 0,01 picosegundos con datos de Run 1, Run 2 y Run 3; el valor concuerda con la predicción del Modelo Estándar.
Qué puede aportar la siguiente etapa
La colaboración presentó el resultado junto con un artículo enviado para publicación. El trabajo usa datos de colisiones protón-protón de Run 3, correspondientes a una luminosidad integrada de 18 fb⁻¹ y a una energía de centro de masas de 13,6 TeV, registrados entre 2024 y 2025 con el detector LHCb Upgrade I. El artículo combina esos datos con los resultados de Run 1 y Run 2.
Las futuras medidas buscarán elevar la significancia del canal B⁰ hasta cinco desviaciones estándar. También podrían afinar la comparación entre los dos mesones: la proporción de sus fracciones de desintegración examina modelos más allá del Modelo Estándar de una forma distinta a la medida del B⁰s por sí sola. Algunas teorías, además, podrían modificar la vida media efectiva del B⁰s aunque no alteren las fracciones de desintegración.
El CERN prevé que el acelerador HiLumi LHC comience a funcionar en 2030. A mediados de la década siguiente está previsto otro aumento de las capacidades de LHCb; ambas etapas podrían elevar la tasa de recogida de datos en un orden de magnitud. La comunidad italiana de LHCb ya trabaja en esa actualización, que debería permitir estudiar más decaimientos raros y medirlos con mayor precisión.
Harry Cliff, responsable de decaimientos raros de LHCb y codirector del análisis, dijo: “Seeing evidence for this rare decay is incredibly exciting, opening up new possibilities to probe beyond the direct reach of the LHC”. La pregunta inmediata es si los nuevos datos bastarán para llevar el indicio actual desde 3,2 hasta las cinco desviaciones estándar necesarias para confirmar el decaimiento.
Fuentes: TecnoAndroid, CERN, LHCb Collaboration, arXiv / LHCb Collaboration, INFN-LNF, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
