Esta foto sin fecha proporcionada por el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi en abril de 2022 muestra el Detector Colisionador de la instalación en las afueras de Batavia, Illinois. En los resultados publicados el jueves 7 de abril de 2022, los científicos del laboratorio calcularon que el bosón W, una partícula fundamental de la física, pesa un poco más de lo que su libro de reglas teórico para el universo les dice que debería. Crédito: Fermilab vía AP
La gran explicación que usan los físicos para describir cómo funciona el universo puede tener algunas fallas nuevas e importantes que reparar después de que se descubrió que una partícula fundamental tenía más masa de lo que pensaban los científicos.
«No es que algo esté mal», dijo Dave Toback, físico de partículas de la Universidad Texas A&M y portavoz del Fermi National Accelerator Lab del gobierno de EE. UU., que realizó los experimentos. Si otros laboratorios lo replican, «literalmente significa que algo fundamental en nuestra comprensión de la naturaleza está mal».
Los físicos del laboratorio hicieron chocar partículas durante diez años y midieron la masa de 4 millones de bosones W. Estas partículas subatómicas son responsables de una fuerza fundamental en el centro de los átomos, y existen solo una fracción de segundo antes de descomponerse en otras partículas.
«Están constantemente apareciendo y desapareciendo en la espuma cuántica del universo», dijo Toback.
La diferencia en la masa de lo que predice la teoría prevaleciente del universo es demasiado grande para ser un error de redondeo o algo que pueda explicarse fácilmente, según el estudio realizado por un equipo de 400 científicos de todo el mundo publicado el jueves en la revista Science. .
El resultado es tan extraordinario que debe ser confirmado por otro experimento, dicen los científicos. Si se confirma, presentaría uno de los mayores problemas hasta ahora con el libro de reglas detallado de los científicos para el cosmos, llamado el modelo estandar.
Ashutosh V. Kotwal, físico de la Universidad de Duke, líder del proyecto de análisis, dijo que es como descubrir que hay una habitación oculta en tu casa.
Los científicos especularon que puede haber una partícula no descubierta que interactúa con el bosón W que podría explicar la diferencia. Tal vez la materia oscura, otro componente del universo poco conocido, podría estar jugando un papel. O tal vez solo hay una nueva física involucrada que simplemente no entienden en este momento, dijeron los investigadores.
El modelo estándar dice que un bosón W debe medir 80 357 000 electronvoltios, más o menos seis.
«Encontramos un poco más que eso. No tanto, pero es suficiente», dijo Giorgio Chiarelli, otro científico del equipo de Fermi y director de investigación del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear. La escala del equipo de Fermi colocó al bosón W en 80 433 000 electronvoltios, más o menos nueve.
No parece una gran diferencia, pero es enorme en el mundo subatómico.
Pero tanto el equipo como los expertos que no participaron en la investigación dijeron que una afirmación tan grande requiere pruebas adicionales de un segundo equipo, que aún no tienen.
«Es una medida increíblemente delicada, requiere la comprensión de varias calibraciones de varios pequeños efectos», dijo Claudio Campagnari, físico de partículas de la Universidad de California en Santa Bárbara, que no formó parte del equipo de Fermi. «Estos muchachos son realmente buenos. Y los tomo muy en serio. Pero creo que al final del día lo que necesitamos es una confirmación por otro experimento».
Anteriormente, las mediciones menos precisas del bosón W realizadas por otros equipos encontraron que era más liviano de lo previsto, por lo que «tal vez haya algo extraño en este experimento», dijo el físico de Caltech Sean M. Carroll, quien no formó parte de la investigación y dijo que «vale absolutamente la pena tomarlo muy en serio».
El hallazgo es importante debido a su efecto potencial sobre el modelo estándar de la física.
«La naturaleza tiene hechos», dijo Kotwal de Duke. “El modelo es la forma en que entendemos esos hechos”.
Los científicos saben desde hace tiempo que el modelo estándar no es perfecto. No explica bien la materia oscura o la gravedad. Si los científicos tienen que entrar y jugar con él para explicar estos hallazgos, tienen que asegurarse de que no se salgan de control las ecuaciones matemáticas que ahora explican y predicen bien otras partículas y fuerzas, dijeron los investigadores.
Es un problema recurrente con el modelo. Hace un año, un equipo diferente encontró otro problema con el modelo estándar y cómo reaccionan los muones.
«La mecánica cuántica es realmente hermosa y extraña», dijo Toback. «Cualquiera que no haya estado profundamente preocupado por la mecánica cuántica no la ha entendido».
La medición más precisa jamás realizada de la masa del bosón W sugiere que el modelo estándar necesita mejoras
AV Kotwal, Medición de alta precisión de la masa del bosón W con el detector CDF II, Ciencia (2022). DOI: 10.1126/ciencia.abk1781. www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781
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Citación: La partícula clave pesa un poco, confundiendo a los físicos (10 de abril de 2022) consultado el 10 de abril de 2022 en https://phys.org/news/2022-04-key-particle-bit-heavy-confounding.html
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