Una colaboración de cientos de científicos ha medido con precisión la masa del bosón W, una partícula elemental responsable de la fuerza nuclear débil. Los investigadores descubrieron, para su sorpresa, que el bosón es más masivo de lo previsto por el Modelo estandar teoría de la física de partículas que describe varias de las fuerzas fundamentales del universo.
El nuevo valor se obtuvo a partir de 10 años de experimentos y cálculos por parte de 400 investigadores en 54 instituciones diferentes de todo el mundo, un esfuerzo impresionante. Todos los datos se recopilaron de experimentos en el Fermilab Collider Detector (CDF-II para abreviar), desde cuatro pisos de altura y 4.500 toneladas en el acelerador Tevatron cerca de Chicago, Illinois.
La Colaboración CDF encontró que la masa del bosón W era 80.433 +/- 9 MeV/c^2, una cifra que es aproximadamente el doble de precisa que la medición anterior de su masa. Para tener una idea de la escala, la nueva medida sitúa al bosón W en unas 80 veces la masa de un protón. Los resultados del equipo publicar hoy en Ciencias.
“La verdad es que lo que pasó aquí es lo que suele pasar la mayor parte del tiempo en la ciencia. Le echamos un vistazo al número y dijimos: ‘Oye, qué raro‘”, dicho David Toback, físico de la Universidad Texas A&M y portavoz de CDF Collaboration, en una videollamada. “Podías ver a la gente silenciosa. No sabíamos de qué salir ese”.
“Nos sorprendió muy gratamente [el resultado]Ashutosh Kotwal, físico de la Universidad de Duke y miembro de la colaboración CDF, escribió en un correo electrónico. “Estábamos tan centrados en la precisión y solidez de nuestro análisis que el valor en sí fue como un susto maravilloso”.
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El bosón W está asociado con el fuerza nuclear débiluna interacción fundamental que es responsable de un tipo de ddesintegración radioactiva y de fusión nuclear que ocurre en las estrellassí no túy preocúpate, El hecho de que el bosón tenga una masa muy diferente a la esperada no significa que hayamos malinterpretado por completo cosas como la fusión nuclear, pero sí significa que hay muchas cosas que aún no entendemos sobre las partículas que componen nuestro universo y cómo interactúan. juntos..
“El Modelo Estándar es lo mejor que tenemos para la física de partículas. Es increíblemente bueno. El problema es que sabemos que estamos equivocados”, dijo Toback. “DDesde la perspectiva de los científicos, los experimentadores intentan decir: ‘Caramba, podemos encontrar algo que el modelo estándar no predice correctamente, lo que podría darnos una pista sobre cuál es más cierto‘”.
El modelo estándar predice un valor para la masa del bosón W, un valor que el equipo intentó desafío evaluando 4 millones de candidatos a bosones W generados por colisiones protón-antiprotón en Fermilab. tu resultado es más alto que la predicción del Modelo Estándar por la friolera de siete desviaciones estándar. Kotwal, que ha publicado cinco mediciones cada vez más precisas de la masa de la partícula en los últimos 28 años, dijo que “las probabilidades de que el aumento de 7 desviaciones estándar sea una casualidad estadística son de menos de 1 entre mil millones”.
Toback comparó la medida con medir el peso de un gorila de 30 pies.0kg con un margen de error de 30 gramos. Como es el caso de En muchos experimentos científicos, especialmente en física de partículas, donde las masas son tan pequeñas, los investigadores cegaron sus resultados para asegurarse de que los cálculos no se vieran afectados por las expectativas o esperanzas del equipo de investigación.
Pero ahora, con una medida extraordinariamente precisa tan diferente de las estimaciones más bajas anteriores, los físicos tienen la tarea poco envidiable de descubrir qué es lo que el modelo estándar no tiene en cuenta. Ciertamente, no es la primera vez que la física subatómica ha demostrado ser diferente en realidad de las mejores conjeturas de la humanidad. en abril del año pasadola Colaboración Muon g-2 encontró más evidencia que las propiedades de muón (otra partícula subatómica) no coinciden con las predicciones del Modelo Estándar. Y dos de los hechos más importantes sobre nuestro universo, la gravedad y la materia oscura, no son explicado por el modelo.
“Para descubrir cuál podría ser la teoría más fundamental, es importante encontrar fenómenos que no puedan ser explicados por la [modelo estándar]”, escribió en un correo electrónico a Claudio Campagnari, físico de la Universidad de California – Santa Bárbara que no está afiliado al estudio reciente. En otras palabras, fenómenos en los que la aproximación [del modelo estándar] rompe”. Campagmari fue coautor de un Artículo de perspectivas sobre la nueva medida.
Hay experimentos creados para hacer precisamente eso; probarán las implicaciones del hallazgo de hoy con diferentes experimentos de colisión. Los resultados de ATLAS y el Solenoide compacto de muones (CMS), dos detectores del Gran Colisionador de Hadrones del CERN (los dos detectores responsables de la descubrimiento del bosón de higgs hace 10 años), están por venir. Y el Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidadun renovación lo que aumentará el número de posibles colisiones por un factor de 10también aumentará las posibilidades de ver nuevas partículas cuando se complete en 2027.
Las colisiones CDF fueron entre protones y antiprotones, mientras que el Gran Colisionador de Hadrones produce colisiones protón-protón. Kotwal dijo que si los humanos alguna vez construyeran un colisionador de electrones y positrones, permitiría mediciones precisas y búsquedas de procesos raros que el Gran Colisionador de Hadrones no puede producir.
Qué dijiste Martijn Mulders, físico del CERN que coescribió el artículo de Perspectives, En un correo electrónico, los físicos adoptarán un enfoque doble para probar el modelo: medir partículas conocidas (como el bosón W) con mayor precisión, así como descubrir partículas completamente nuevas.
El acelerador Tevatron se cerró en 2011, justo después de que la colaboración terminara su etapa experimental. Entonces, el resultado de hoy es algo así como una vida después de la muerte para esto. instrumento histórico, una victoria para el equipo y la física de partículas en su conjunto.
