El experimento LHCb del CERN presentó el 3 de noviembre la primera evidencia, obtenida por un solo experimento, de una de las desintegraciones más raras que predice la física: un mesón B⁰ que se convierte en dos muones, B⁰ → μ⁺μ⁻. Según el Modelo Estándar pasa con uno de cada 10,000 millones de esos mesones. La señal llegó a 3.2 sigma, suficiente para hablar de evidencia pero no de descubrimiento, que exige 5 sigma, y cierra una búsqueda que empezó hace 42 años.
Un mesón B es una partícula efímera formada por dos piezas: un quark b, también llamado beauty o bottom, y un antiquark de otro tipo. En el B⁰ ese compañero es un antiquark d (o al revés, en su antipartícula). Los aceleradores como el LHC los producen por miles de millones al hacer chocar protones, y cada uno vive alrededor de 1.5 picosegundos (1.5 billonésimas de segundo) antes de desintegrarse en partículas más ligeras. Casi siempre lo hace de formas comunes. Muy de vez en cuando, el quark y el antiquark se aniquilan y lo único que queda es un par de muones. Un muón es un primo del electrón unas 200 veces más pesado; los detectores lo reconocen bien porque atraviesa capas de material que frenan a casi todo lo demás, y es la partícula cuyo rastro de luz buscan los detectores de neutrinos que se instalan en el lago Superior.
La búsqueda de B⁰ → μ⁺μ⁻ empezó en 1984, cuando el experimento CLEO, en Estados Unidos, solo pudo decir que ocurría en menos de 2 de cada 10,000 casos. Su pariente, el mesón Bs (con un antiquark s en lugar del d), se desintegra igual unas 35 veces más a menudo, y por eso se vio antes: un análisis conjunto de LHCb y CMS lo observó en 2015. Ese mismo trabajo afirmó tener la primera evidencia del B⁰, pero las actualizaciones con datos hasta 2018 no la confirmaron, y el mejor resultado hasta ahora era un límite: menos de 1.6 casos por cada 10,000 millones.
Claves del resultado de LHCb
- Cuánto se midió. Con todos los datos de 2011 a 2025, LHCb obtiene que B⁰ → μ⁺μ⁻ ocurre en 1.14 de cada 10,000 millones de mesones B⁰, con un margen de +0.42 y −0.39. El Modelo Estándar predice 1.03 ± 0.05: la medición coincide.
- De 3.0 a 3.2 sigma. Los datos de 2024 y 2025 por sí solos dan una señal de 3.0 sigma; al sumarles los de 2011 a 2018 sube a 3.2. Es la primera evidencia de esta desintegración que logra un experimento sin combinar sus datos con los de otro.
- Un detector nuevo. Es el primer análisis de este tipo con el detector renovado en 2024, que recoge datos a cinco veces la tasa de 2010–2018, distingue mejor el tipo de cada partícula y filtra las colisiones con un trigger hecho completamente en software. En dos años acumuló el doble de datos que en todo el periodo 2011–2018.
- Agujas en un pajar. Aun con esa cantidad de datos, el Modelo Estándar predecía unos 26 casos de B⁰ → μ⁺μ⁻ en la muestra de 2024–2025 que se analizó, frente a unos 235 de Bs. Para separarlos del fondo de colisiones ordinarias, el equipo usó técnicas de machine learning.
- El Bs, mejor medido que nunca. El mismo análisis da la medición más precisa hasta ahora de Bs → μ⁺μ⁻: 3.25 de cada mil millones (+0.29, −0.28), frente a los 3.66 ± 0.14 que predice la teoría, y su vida media efectiva, 1.60 ± 0.16 picosegundos.
- Un equipo de 19 personas. «Los físicos llevan más de cuarenta años persiguiendo esta desintegración», dijo Marco Santimaria, que codirigió al grupo internacional de análisis. El artículo, firmado por la colaboración LHCb, se envió a la revista Physical Review X.
¿Por qué 3.2 sigma no basta? En física de partículas, la «sigma» mide qué tan improbable sería que el ruido de fondo, por pura casualidad, imitara la señal. Con 3 sigma esa probabilidad es de alrededor de 0.3 %, y se habla de evidencia. Con 5 sigma baja a cerca de una en 3.5 millones, y solo entonces se habla de descubrimiento. El listón es alto a propósito: la evidencia de 2015 para esta misma desintegración no resistió más datos.
Lo que puede esconder una desintegración tan rara
Una desintegración tan improbable es un buen lugar para buscar física nueva. En el Modelo Estándar, el B⁰ solo puede convertirse en dos muones a través de procesos en los que intervienen, de forma virtual, partículas muy pesadas como el quark top o los bosones W y Z. Si existieran otras partículas aún desconocidas, como bosones de Higgs adicionales, un bosón Z′ o leptoquarks, podrían participar en esos procesos y cambiar la frecuencia con la que ocurre, aunque sean demasiado pesadas para que el LHC las produzca directamente. Por eso el CERN y LHCb les llaman «canales dorados»: mientras más rara es una desintegración, más se nota cualquier influencia extra.
La comparación más fina es el cociente entre las dos desintegraciones, porque muchas incertidumbres teóricas se cancelan. El Modelo Estándar predice que la del B⁰ ocurre 0.028 veces lo que la del Bs, y ese valor se mantiene en toda una familia de teorías alternativas; LHCb midió 0.035, con un margen de +0.014 y −0.012. Un valor distinto apuntaría a una estructura nueva en la forma en que los quarks cambian de tipo. Por ahora todo cuadra con la teoría, y eso también sirve: acota cuánto pueden influir las partículas que proponen las teorías alternativas. Harry Cliff, de la Universidad de Cambridge y codirector del análisis, lo resumió como «estamos tocando la puerta del Zeptoverso», la escala de distancias de unos 10⁻²¹ metros a la que estas mediciones son sensibles.
Confirmar la desintegración con 5 sigma requiere más datos, y vienen en camino. El LHC de alta luminosidad (HL-LHC) arrancará en 2030 y LHCb planea otra mejora a mediados de la década siguiente; juntos podrían multiplicar por diez la tasa de datos. Si se alcanza ese umbral, B⁰ → μ⁺μ⁻ será la desintegración más rara de una partícula con quark beauty que se haya observado. Mientras tanto, 42 años después del primer intento, la señal ya no es solo un límite: es un número con su margen de error, y coincide con lo que predice la teoría. Si te interesa la física de partículas, también contamos cómo el Nobel de Física 2026 premió a IceCube, el telescopio de neutrinos del Polo Sur.
Fuente: CERN, «LHCb finds evidence of one-in-ten-billion particle decay»; colaboración LHCb, arXiv:2611.00230; UKRI. Imagen de portada: CERN.