La física actual, en qüestió

A més de ser el segle del cinema, el segle XX ha sigut també el segle de la física. En l’arc que va des de les acaballes del segle XIX, quan J.J. Thomson va descobrir l’electró, fins al 2012, quan un grup de 2.933 científics signaven el descobriment del famós bosó de Higgs, s’han descobert i descrit 17 partícules elementals. Aquestes partícules són els maons fonamentals amb què està construït el món. Els àtoms que constitueixen una pàgina de diari, per exemple, estan fets d’electrons i dos tipus de quarks, que s’agrupen en forma de protons o neutrons. La teoria que descriu aquestes partícules elementals s’ha anat construint al llarg del segle XX i es coneix com a model estàndard. Es tracta d’una teoria que ha acumulat èxits insòlits en altres branques de la ciència. Per exemple, ha sigut capaç de fer prediccions que han concordat amb els experiments amb una precisió equivalent a mesurar la distància entre Barcelona i Moscou i errar en el gruix d’un cabell.

Malgrat la colla d’èxits que l’avalen, hi ha coses que el model estàndard no pot explicar. Una de les més flagrants és la naturalesa de la matèria fosca, un tipus de matèria que no interactua amb la llum però que té uns efectes gravitatoris que són responsables que les estrelles estiguin agrupades en galàxies. Tampoc no explica per què en l’Univers actual hi ha molta més matèria que antimatèria, quan després del Big Bang hi havia la mateixa quantitat de l’una que de l’altra. Aquestes llacunes en el model estàndard indiquen que no es tracta d’una teoria completa i que cal una teoria millor per explicar la matèria al seu nivell més fonamental.

A la recerca de nova física

Els científics que busquen aquesta nova física tenen dues opcions: observar desintegracions de partícules en els acceleradors per detectar la formació de noves partícules no predites pel model estàndard, o bé mesurar els efectes de l’existència d’aquestes noves partícules en els resultats d’alguns experiments. Aquest últim mètode és el que ha utilitzat un equip internacional de recerca del qual formen part els investigadors catalans Joaquim Matias i Bernat Capdevila, de l’Institut de Física d’Altes Energies. Tot i que aquest mètode s’utilitzava des de feia anys a l’LHC, el Gran Col·lisionador d’Hadrons de Ginebra, fins que Matias i els seus col·legues no van proposar mesurar nous paràmetres el 2013, no es van començar a obtenir resultats interessants. Gràcies al canvi d’enfocament, les mesures van guanyar precisió. I, des de llavors, l’anàlisi de diversos experiments fets a l’LHC ha permès trobar indicis molt sòlids que unes partícules anomenades mesons B, formades per dos quarks, no es desintegren, tal com prediu el model estàndard. “Aquests resultats són una evidència forta de l’existència de nova física”, afirma Joaquim Matias.

La responsable d’aquest desacord entre els resultats observats i els predits pel model estàndard podria ser una nova partícula desconeguda fins ara, que la teoria actual no prediu. Algunes teories alternatives suggereixen que es podria tractar d’una partícula batejada lacònicament com a Z’, o d’una altra que es coneix amb l’exòtic nom de leptoquark. Si es confirmen aquests resultats, els físics disposarien d’un criteri per seleccionar quines d’aquestes teories s’ajusten millor a la realitat i, per tant, es començaria a dibuixar com és aquesta nova física que tard o d’hora acabarà substituint la teoria actual.

Evidència o prova, aquest és el debat

En llenguatge quotidià, una evidència forta pot voler dir el mateix que una prova, però, des del punt de vista de l’estadística que utilitzen els científics per analitzar les dades procedents dels experiments, aquestes dues expressions tenen significats ben diferents. “En aquests moments tenim 175 paràmetres mesurats, dels quals 6 presenten discrepàncies amb els valors predits pel model estàndard”, explica Matias. Si es consideren aquestes discrepàncies una per una, es poden assimilar a meres fluctuacions estadístiques com les que s’observen en qualsevol experiment. “Però quan s’analitza el conjunt de dades globalment es veu que totes les discrepàncies són coherents entre elles i, a més, encaixen en la hipòtesi de l’existència de nova física”, puntualitza Matias. “De tota manera -aclareix-, hem de fer més experiments per confirmar amb seguretat el resultat”. Aquests experiments estan previstos per als pròxims mesos, de manera que els físics esperen treure l’entrellat de la qüestió a finals del 2017.