Es posible que los físicos de partículas finalmente hayan abierto un agujero en su comprensión del reino subatómico, que les encantaría. Una nueva mirada a los datos antiguos sugiere una partícula efímera llamada W El bosón es más pesado de lo predicho por el “modelo estándar” de partículas y fuerzas de los físicos. La discrepancia podría insinuar partículas no incluidas en la teoría de 40 años, dice Doreen Wackeroth, teórica de la Universidad de Buffalo que no participó en el trabajo. “¡Estoy muy emocionada con el resultado!”
Pero el hallazgo, informado hoy en Ciencia, también choca con mediciones anteriores, lo que hace que algunos físicos se detengan. “Todas estas medidas pretenden medir la misma cantidad”, dice Martin Grünewald, físico experimental del University College Dublin. “Alguien debe estar, no diré que está equivocado, pero tal vez cometió un error o impulsó la evaluación del error de manera demasiado agresiva”.
Desesperantemente exitoso, el modelo estándar se completó en 2012, cuando el colisionador de átomos más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el laboratorio europeo de física de partículas CERN, descubrió la última pieza que faltaba, el bosón de Higgs largamente predicho. La teoría da cuenta de todas las interacciones de partículas vistas hasta ahora, pero adolece de deficiencias obvias. Incluye tres fuerzas: electromagnética, fuerte y débil, pero deja de lado la gravedad. Tampoco contiene materia oscura, la materia invisible que constituye el 85% de la materia del universo.
Ahora que se conocen todas las partículas del modelo estándar, los físicos pueden probar la consistencia interna de la teoría, porque las propiedades de cada partícula dependen de las de las demás. Por ejemplo, la masa del W El bosón, que transmite la fuerza nuclear débil al igual que el fotón transmite la fuerza electromagnética, depende de los del Higgs y de una partícula subatómica pesada pero fugaz llamada quark top. Entonces, a partir de esas medidas de entrada, los físicos pueden predecir la masa de W y buscar una discrepancia con el valor medido.
La medida es complicada. Creado en una colisión de partículas de alta energía, un W decae rápidamente en un electrón o en su primo más pesado, una partícula llamada muón y antineutrino. El antineutrino no se puede detectar, por lo que los físicos deben deducir su presencia sumando los momentos y las energías de todas las demás partículas que se desprenden de cada colisión y buscando eventos en los que algo invisible parece salir volando por el lado del detector cilíndrico. A partir de la energía y el momento de las partículas de desintegración, analizados estadísticamente durante muchos eventos, pueden estimar la Wla masa.
Ahora, un equipo dice que su lectura entra en conflicto con la predicción del modelo estándar. Los datos provienen del Collider Detector en Fermi National Accelerator Laboratory (CDF), un detector de partículas alimentado por el colisionador Tevatron, que funcionó en Fermilab desde 1984 hasta 2011. Después de una década de trabajo, Ashutosh Kotwal, físico de partículas de la Universidad de Duke, y sus 397 colaboradores de la FCD encuentran la W bosón tiene una masa de 80.443,5 megaelectronvoltios, 86 veces la de un protón. La medida difiere de la masa predicha en siete veces la incertidumbre experimental.
«¿Qué significa? Esa es la próxima gran pregunta”, dice Wackeroth. Los físicos han detectado un par de otras pequeñas anomalías que sugieren que el modelo estándar finalmente puede estar resquebrajándose, dice ella. Por ejemplo, señala que el muón parece ser un poco más magnético de lo previsto.
problema de peso
Una nueva medida de la masa de una partícula llamada W El bosón discrepa fuertemente con la predicción teórica y con las mediciones anteriores, incluida una del mismo grupo.
Sin embargo, mediciones anteriores de la WLa masa generalmente coincidía con el modelo estándar (consulte el gráfico a continuación). El nuevo resultado incluso contradice el resultado anterior de CDF, publicado en 2012, que se basó en el primer trimestre del conjunto de datos actual, señala Dmitri Denisov, físico del Laboratorio Nacional Brookhaven que trabajó en D0, un detector Tevatron rival. “Esa es mi primera preocupación”, dice.
Pero los investigadores de CDF hicieron varias mejoras en el análisis que explican la diferencia, dice Kotwal. “Confiamos en las técnicas que hemos utilizado”, dice. “Existe una clara posibilidad de que haya algo nuevo en la naturaleza que el modelo estándar no captura”.
Los físicos pronto deberían obtener otro W medición de la masa de bosones. Los científicos con el Compact Muon Solenoid, un detector en el LHC, esperan publicar uno a principios del próximo año, dice Guillelmo Gomez-Ceballos, físico de CMS en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Él también es miembro de la FCD y, aunque no trabajó en el nuevo estudio, dice: “No recuerdo ningún análisis que se haya hecho con tanto cuidado”.
Puede llevar años reconciliar las medidas. Pero mientras tanto, los físicos no se quedarán sin timón. Desde 1957, el Grupo de Datos de Partículas (PDG) del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) ha mantenido un compendio de partículas y ha arbitrado disputas sobre sus propiedades medidas. El nuevo W El valor de la masa del bosón se produce cuando el PDG está preparando su última actualización anual, dice Michael Barnett, un físico retirado de LBNL que dirigió el PDG de 1990 a 2015 y todavía trabaja en él. “Vamos a tener que detener las prensas, tal como lo hicimos cuando se descubrió el Higgs”, dice.
Para un parámetro como el W masa del bosón, el PDG promedia las mediciones más actuales y confiables. Si no están de acuerdo mucho más allá de sus incertidumbres, el grupo aplica un algoritmo matemático específico que amplía efectivamente las barras de error para abarcar los resultados individuales discordantes, dice Barnett. Irónicamente, a pesar de que la CDF ahora ha informado la medición individual más precisa de la W masa, el valor oficial probablemente será aún menos seguro que antes.
