Los resultados de nuestro Gran Colisionador de Hadrones apuntan a física no descubierta
Our Large Hadron Collider results hint at undiscovered physics
The behaviour of sub-atomic particles in the LHC seems to disagree with the Standard Model.
El comportamiento de las partículas subatómicas en el LHC parece discrepar del Modelo Estándar.
Recent findings from research we have been carrying out at the Large Hadron Collider (LHC) at Cern in Geneva suggest that we might be closing in on signs of undiscovered physics.
Hallazgos recientes de la investigación que hemos estado realizando en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Cern, Ginebra, sugieren que podríamos estar acercándonos a signos de física no descubierta.
If confirmed, these hints would overturn the theory, called the Standard Model, that has dominated particle physics for 50 years. The findings suggest the way that specific sub-atomic particles behave in the LHC disagrees with the Standard Model.
Si se confirman, estas pistas derribarían la teoría, llamada Modelo Estándar, que ha dominado la física de partículas durante 50 años. Los hallazgos sugieren que la forma en que se comportan partículas subatómicas específicas en el LHC no coincide con el Modelo Estándar.
Fundamental particles are the most basic building blocks of matter – sub-atomic particles that cannot be divided into smaller units. The four fundamental forces – gravity, electromagnetism, the weak force and the strong force – govern how these particles interact.
Las partículas fundamentales son los bloques de construcción más básicos de la materia: partículas subatómicas que no pueden dividirse en unidades más pequeñas. Las cuatro fuerzas fundamentales —gravedad, electromagnetismo, la fuerza débil y la fuerza fuerte— rigen cómo interactúan estas partículas.
The LHC is a giant particle accelerator built in a 27km-long circular tunnel under the French-Swiss border. Its main purpose is to find cracks in the Standard Model.
El LHC es un gigantesco acelerador de partículas construido en un túnel circular de 27 km bajo la frontera franco-suiza. Su propósito principal es encontrar grietas en el Modelo Estándar.
This theory is our best understanding of fundamental particles and forces, but we know it cannot be the whole story. It does not explain gravity or dark matter – the invisible, so far unmeasured type of matter that makes up approximately 25% of the universe.
Esta teoría es nuestra mejor comprensión de las partículas y fuerzas fundamentales, pero sabemos que no puede ser la historia completa. No explica la gravedad ni la materia oscura, el tipo de materia invisible y hasta ahora no medido que constituye aproximadamente el 25% del universo.
In the LHC, beams of proton particles travelling in opposite directions are made to collide, in a bid to uncover hints of undiscovered physics. The new results come from LHCb, an experiment at the Large Hadron Collider where these collisions are analysed.
En el LHC, haces de partículas protones que viajan en direcciones opuestas se hacen colisionar con el objetivo de descubrir pistas de física no descubierta. Los nuevos resultados provienen de LHCb, un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones donde se analizan estas colisiones.
The result comes from studying the decay – a kind of transformation – of sub-atomic particles called B mesons. We investigated how these B mesons decay into other particles, finding that the particular way in which this happens disagrees with the predictions of the Standard Model.
El resultado proviene del estudio de la desintegración —un tipo de transformación— de partículas subatómicas llamadas mesones B. Investigamos cómo se desintegran estos mesones B en otras partículas, encontrando que la forma particular en que esto sucede no coincide con las predicciones del Modelo Estándar.
An elegant theory
Una teoría elegante
The Standard Model is built on two of the 20th century’s most transformative advances in physics; quantum mechanics and Einstein’s special relativity.
El Modelo Estándar se basa en dos de los avances más transformadores de la física del siglo XX: la mecánica cuántica y la relatividad especial de Einstein.
Physicists can compare measurements made at facilities such as the LHC with predictions based on the Standard Model to rigorously test the theory.
Los físicos pueden comparar las mediciones realizadas en instalaciones como el LHC con las predicciones basadas en el Modelo Estándar para probar la teoría rigurosamente.
Despite the fact that we know the Standard Model is incomplete, in over 50 years of increasingly rigorous testing, particle physicists are yet to find a crack in the theory. That is, potentially, until now.
A pesar de que sabemos que el Modelo Estándar está incompleto, en más de 50 años de pruebas cada vez más rigurosas, los físicos de partículas aún no han encontrado una grieta en la teoría. Es decir, potencialmente, hasta ahora.
Our measurement, accepted for publication in Physical Review Letters, shows a tension of four standard deviations from the expectations of the Standard Model.
Nuestra medición, aceptada para su publicación en Physical Review Letters, muestra una tensión de cuatro desviaciones estándar con respecto a las expectativas del Modelo Estándar.
In real world terms, this means that, after considering the uncertainties from the experimental results and from the theory predictions, there is only a one in 16,000 chance that a random fluctuation in the data this extreme would occur if the Standard Model is correct.
En términos del mundo real, esto significa que, después de considerar las incertidumbres de los resultados experimentales y de las predicciones teóricas, solo hay una probabilidad de 1 entre 16.000 de que ocurra una fluctuación aleatoria en los datos tan extrema si el Modelo Estándar es correcto.
Although this falls short of science’s gold standard – what’s known as five sigma, or five standard deviations (about a one in 1.7 million chance) – the evidence is starting to mount. Adding to this compelling narrative are results from an independent LHC experiment, CMS, that were published earlier in 2025.
Aunque esto está por debajo del estándar de oro de la ciencia – lo que se conoce como cinco sigma, o cinco desviaciones estándar (aproximadamente 1 entre 1,7 millones de posibilidades) – la evidencia está comenzando a acumularse. A esta narrativa convincente se suman resultados de un experimento independiente del LHC, CMS, que se publicaron a principios de 2025.
Although the CMS results are not as precise as those from LHCb, they agree well, strengthening the case. Our new results have been found in a study of a particular kind of process, known as an electroweak penguin decay.
Aunque los resultados de CMS no son tan precisos como los de LHCb, concuerdan bien, lo que fortalece el caso. Nuestros nuevos resultados se han encontrado en un estudio de un tipo particular de proceso, conocido como desintegración de pez de débil electrodébil.
Rare events
Eventos raros
The term “penguin” refers to a specific type of decay (transformation) of short-lived particles. In this case we study how the B meson decays into four other subatomic particles – a kaon, a pion and two muons.
El término «pingüino» se refiere a un tipo específico de desintegración (transformación) de partículas de corta vida. En este caso, estudiamos cómo el mesón B se desintegra en otras cuatro partículas subatómicas: un kaón, un pion y dos muones.
With some imagination, one can visualise the arrangement of the particles involved as looking like a penguin. Crucially, measurements of this decay let us study how one type of fundamental particle, a beauty quark, can transform into another, the strange quark.
Con un poco de imaginación, se puede visualizar la disposición de las partículas involucradas como si fuera un pingüino. Fundamentalmente, las mediciones de esta desintegración nos permiten estudiar cómo un tipo de partícula fundamental, un quark de belleza, puede transformarse en otro, el quark extraño.
This penguin decay is incredibly rare in the Standard Model: for every million B mesons, only one will decay in this manner. We have carefully analysed the angles and energies at which these particles are produced in the decay, and precisely determined how often the process takes place. We found that our measurements of these quantities disagree with Standard Model predictions.
Esta desintegración de pingüino es increíblemente rara en el Modelo Estándar: por cada millón de mesones B, solo uno se desintegrará de esta manera. Hemos analizado cuidadosamente los ángulos y las energías con los que se producen estas partículas en la desintegración, y hemos determinado con precisión con qué frecuencia tiene lugar el proceso. Descubrimos que nuestras mediciones de estas cantidades no coinciden con las predicciones del Modelo Estándar.
Precise investigations of decays like this are one of the primary goals of the LHCb experiment, and have been since its inception in 1994. Penguin processes are uniquely sensitive to the effects of potentially very heavy new particles that cannot be created directly at the LHC.
Las investigaciones precisas de desintegraciones como esta son uno de los objetivos principales del experimento LHCb, y lo han sido desde su creación en 1994. Los procesos de pingüino son particularmente sensibles a los efectos de partículas nuevas potencialmente muy pesadas que no pueden crearse directamente en el LHC.
Such particles may still exert a measurable influence on these decays over the small Standard Model contribution. This kind of indirect observation is not new. For example, radioactivity was discovered 80 years before the fundamental particles that are responsible for it (the W bosons) were directly seen.
Dichas partículas aún pueden ejercer una influencia medible en estas desintegraciones sobre la pequeña contribución del Modelo Estándar. Este tipo de observación indirecta no es nuevo. Por ejemplo, la radiactividad fue descubierta 80 años antes de que se vieran directamente las partículas fundamentales responsables de ella (los bosones W).
Future directions
Direcciones futuras
Our studies of rare processes let us explore parts of nature that may otherwise only become accessible using particle colliders planned for the 2070s. There are a wide range of potential new theories that can explain our findings. Many contain new particles called “leptoquarks” that unite the two different types of matter: “leptons” and “quarks”.
Nuestros estudios de procesos raros nos permiten explorar partes de la naturaleza que de otro modo solo podrían ser accesibles utilizando colisionadores de partículas planificados para la década de 2070. Existe una amplia gama de posibles nuevas teorías que pueden explicar nuestros hallazgos. Muchas contienen nuevas partículas llamadas «leptoquarks» que unen los dos tipos diferentes de materia: «leptones» y «quarks.»
Other potential theories contain particles that are heavier analogues of those already found in the Standard Model. The new results constrain the form of these models and will direct future searches for them.
Otras teorías potenciales contienen partículas que son análogos más pesados de las ya encontradas en el Modelo Estándar. Los nuevos resultados restringen la forma de estos modelos y dirigirán futuras búsquedas de ellos.
Despite our excitement, open theoretical questions remain that prevent us from definitively claiming that physics beyond the Standard Model has been observed. The most serious question arises from so-called “charming penguins”, a set of processes present in the Standard Model, whose contributions are extremely tricky to predict. Recent estimates of these charming penguins suggest their effects are not large enough to explain our data.
A pesar de nuestro entusiasmo, persisten preguntas teóricas abiertas que nos impiden afirmar de manera definitiva que se ha observado física más allá del Modelo Estándar. La pregunta más seria surge de los llamados «colibríes encantadores» (charming penguins), un conjunto de procesos presentes en el Modelo Estándar, cuyas contribuciones son extremadamente difíciles de predecir. Las estimaciones recientes de estos colibríes encantadores sugieren que sus efectos no son lo suficientemente grandes para explicar nuestros datos.
Furthermore, a combination of a theory model and experimental data from LHCb suggests that the charming penguins (and therefore, the Standard Model) struggle to explain the anomalous results.
Además, una combinación de un modelo teórico y datos experimentales de LHCb sugiere que los colibríes encantadores (y, por lo tanto, el Modelo Estándar) tienen dificultades para explicar los resultados anómalos.
New data already collected will let us confirm the situation in the coming years: in our current work we studied approximately 650 billion B meson decays recorded between 2011 and 2018 to find these penguin decays. Since then, the LHCb experiment has recorded three times as many B mesons.
Los nuevos datos ya recopilados nos permitirán confirmar la situación en los próximos años: en nuestro trabajo actual estudiamos aproximadamente 650 mil millones de desintegraciones de mesones B registradas entre 2011 y 2018 para encontrar estas desintegraciones de colibrí. Desde entonces, el experimento LHCb ha registrado tres veces más mesones B.
Further advances are planned for the 2030s to exploit future upgrades to the LHC and accrue a dataset 15 times larger again. This ultimate step will allow definitive claims to be made, potentially unlocking a new understanding of how the universe works at the most elementary level.
Se planifican avances adicionales para la década de 2030 para aprovechar futuras mejoras del LHC y acumular un conjunto de datos 15 veces más grande. Este paso definitivo permitirá hacer afirmaciones definitivas, lo que podría desbloquear una nueva comprensión de cómo funciona el universo en el nivel más elemental.
William Barter works for the University of Edinburgh. He receives funding from UKRI. He is a member of the LHCb collaboration at Cern.
William Barter trabaja para la Universidad de Edimburgo. Recibe financiación de UKRI. Es miembro de la colaboración LHCb en Cern.
Mark Smith does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.
Mark Smith no trabaja para, asesora, posee acciones de, ni recibe financiación de ninguna empresa u organización que se beneficiaría de este artículo, y no ha revelado afiliaciones relevantes más allá de su nombramiento académico.
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