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martes, 12 de abril de 2022

Posible hallazgo pone a tambalear el modelo estándar

Laboratorio Fermi donde se hizo el experimento sobre el bosón W. Está a 50 kilómetros de Chicago (Estados Unidos). Foto Departamento de Energía


Por vez primera, el modelo estándar de la física de partículas podría sufrir un quiebre. Aunque se sabe que es incompleto, parece que hay en camino un hallazgo que no cuadra bien con él.

Un experimento que terminó hace muchos años tiene resultados que han sido analizados por 10 años por científicos y parece que hallaron algo extraño: el bosón W, una partícula fundamental que porta la fuerza débil, es mucho más pesado de lo que la teoría predice.

La diferencia entre la teoría y lo observado es de apenas 0,09 %, mucho más que el margen de error que es de 0,01 %.

Los hallazgos fueron reportados en Science por  la colaboración que desarrolló el experimento en el laboratorio de aceleración Fermi en Estados Unidos.

Los datos obtenidos generan expectativa entre los físicos, pero para darlos por ciertos y entonces sugerir que hay que reformar algo del modelo o que faltan piezas por descubrir, habrá que confirmar los hallazgos en nuevos experimentos.

Desde su descubrimiento en 1985, se ha calculado que el bosón W debe pesar unos 85 protones, pero ha sido un reto calcular su masa con exactitud, recordó un análisis en Nature.

Junto al bosón Z, el W está involucrado en la mayoría de las reacciones nucleares, incluida la fusión que generan las estrellas.

La algarabía que genera es entendible. "La masa del bosón Wes el lugar perfecto para buscar una nueva física y desviaciones del modelo estándar", dijo a ese medio Sven Heinemeyer, físico teórico del Instituto de Cantabria, en España.

Una explicación, para él, es que la discrepancia es la supersimetría, un modelo que predice la existencia de una pareja más pesada por cada partícula del modelo estándar. 

Otra explicación tiene que ver con el bosón de Higgs, descubierto en 2012: si las propiedades de este difieren de las teorizadas, sería una partícula compuesta y no una elemental o si existen múltiples versiones afectaría la masa del bosón W.

 Hoy en el Gran Colisionador de Partículas en Suiza, el experimento CMS trabaja en su propia medición del bosón W. Un trabajo que requiere, junto con el análisis de los datos, mucho tiempo.

El Modelo Estándarde la Física de Partículas es una teoría desarrollada entre 1970 y 1973 y describe la estructura de la materia y el vacío, y dice la enciclopedia que "considerando las partículas elementales como entes irreductibles cuya cinemática está regida por las cuatro interacciones fundamentales conocidas, exceptuando la gravedad, que no encaja con este modelo, que es cuántico.

Se considera hoy la existencia de 17 partículas elementales.

Un modelo que nos explcia y explica en el universo en el que vivimos.

viernes, 9 de abril de 2021

Hay revuelo: ¿falló el modelo estándar de partículas?

El anillo del Fermilab donde se hace el experimento Muón g -2. Foto Wikipedia


¿Hay una nueva física? ¿Hay otras partículas para descubrir? ¿Tambalea el modelo estándar de la física y se abre una nueva rama desconocida?

Eso es una posibilidad hoy. Físicos hallaron señales de algo que no concuerda con el modelo. Es decir, podría haber partículas elementales que no han sido detectadas.

¿A qué se debe el revuelo? El momento magnético del muón es más grande de lo esperado. Eso sugiere el artículo publicado en Physical Review Letters, que había sido dado a conocer en videoconferencia.

El cuento es este: un experimento en Estados Unidos confirmó que esas partículas, masivas e inestables, son más magnéticas de lo que se esperaba. Si se sostienen los resultados, forzarían grandes cambios en la física teórica y revelarían la existencia de nuevas partículas fundamentales.

Fue un trabajo de la colaboración Muón g -2. Corroboró una señal detectada en 2001 en un experimento en el Brookhaven National Laboratory en Upton, Nueva York.

El modelo estándar de la física de partículas dice, en las unidades correspondientes, que el momento magnético del muón debe ser un número cercano pero no igual a 2. El experimento en Brookhaven midió una pequeña diferencia, denominada g -2, pero encontró que era un poco más grande de lo que predecían los teóricos.

En esta ocasión se reconstruyó el experimento de 2001, que mantiene muones circulando alrededor de un imán en anillo superconductor de 15 metros en el laboratorio Fermilab. En 2018 comenzaron a recoger datos, que fueron presentados ahora. Los resultados confirman la señal de hace dos décadas.

Entre los físicos hay júbilo, pero como en todo, se requieren más experimentos que corroboren el hallazgo sobre la existencia de nuevas partículas.

Los científicos del experimento están analizando nuevos datos y recogiendo más. Esperan que la precisión de sus medidas se multiplique por cuatro.

El modelo estándar que se tiene y ha seguido desde los años 1970 ha pasado hasta ahora todas las pruebas, aunque los físicos saben que es incompleto y el muón podría significar su primer fallo y así habría que buscar esas otras partículas y volver a barajar.

Para algunos, si se confirma este hallazgo sería tan o más importante que el del bosón de Higgs hace casi 10 años.

Tiempos de excitación para la ciencia, considerando además que en marzo físicos del Gran Colisionador de Partículas en Ginebra detectar una señal inusual en sus datos que podría significar una nueva rama de la física.



lunes, 15 de marzo de 2021

Hallan otras cuatro partículas

Detalle del Gran Colisionador que ha descubierto decenas de partículas. Foto CERN


Que estamos hechos de materia y todo lo que vemos, también. Pero ¿qué tipo de materia? Mucha se conoce, pero falta.

En este sentido, científicos del CERN, que operan el Gran Colisionador de Partículas (hadrones) anunciaron el descubrimiento de cuatro nuevas partículas con lo que ahora suman 59 halladas por ese enorme dispositivo desde que comenzaron a chocar protones (partículas que componen el núcleo atómico junto a los neutrones) en 2009. Este es el experimento más costoso hoy en marcha que ha permitido conocer muchísimo sobre las partículas, la materia y el universo en el que estamos.

Fue en el Colisionador que se detectó el bosón de Higgs, que faltaba para completar el modelo estándar de la Física que explica el mundo macro, una partícula que permite que la materia como tal exista y esté usted leyendo esta nota en un ordenador o celular.

La meta del GCH es explorar la estructura de la materia en las distancias más cortas y las energías más altas jamás probadas en laboratorio.

Uno de los mayores problemas es la descripción de la fuerza fuerte que mantiene unido el núcleo compuesto de protones y neutrones y cada uno de ellos compuesto a su vez de quarks, de los cuales hay seis clases: arriba, abajo, encantado, extraño, encima y abajo. Si se desactivara por un segundo la fuerza fuerte toda la materia se desintegraría de inmediato en un caldo de quarks amplios, un estado que existió un pequeño instante al comienzo del universo.

La teoría de la interacción fuerte describe cómo los quarks interactúan a través de la fuerza fuerte intercambiando partículas llamadas gluones, análogos al fotón, partícula de la luz y portadora de la fuerza electromagnética.

Pero la manera como los gluones interactúan con los quarks hace que la fuerza fuerte se comporte diferente al electromagnetismo. Mientras esta fuerza se debilita cuando se separan dos partículas cargadas, la fuerza fuerte se fortalece cuando se halan aparte dos quarks. Por eso los quarks están siempre unidos a partículas llamadas hadrones, hechas de dos o más quarks que incluyen protones y neutrones. Esto a menos que se choquen y separen a grandes velocidades como en el  CERN.

Nunca se ha visto un quark solo. Si se logra separar uno del protón la fuerza será muy fuerte para crear un par quark-antiquark y el nuevo quark irá al protón. Queda un protón y un mesón, una partícula de quark y antiquark. '¿Complicado? No es sencillo, más da una idea de todo lo que se da para que exista la materia como tal, las fuerzas que rigen el mundo macro y el micro.

Esto es solo una parte del mundo de la física de partículas.

Lo que anunció el CERN fue el descubrimiento de cuatro partículas, tetraquarks (dos quarks y dos antiquarks componen uno). Son partículas tales como el protón y el neutrón pero no son fundamentales: los quarks y los electrones son los verdaderos bloques de la materia.