Por qué todo el mundo habla de la nueva medición del bosón W
Una década después de su cierre, los resultados analizados por el Detector Colisionador (CDF, por sus siglas en inglés) de Fermilab midieron que la masa del W-Boson, una partícula elemental, era ligeramente más pesada que la predicha por el llamado Modelo Estándar de Física de la Tierra. . Los resultados se calcularon después de analizar los resultados de la CDF durante diez años, y es la medida más precisa jamás realizada de la masa del bosón W.
El Modelo Estándar es nuestro modelo de realidad en sus niveles más fundamentales. Describe partículas elementales, Fermiones y Bosones, de diferentes tipos similares al W-Bosón, y las fuerzas que gobiernan las interacciones entre ellas. De las cuatro fuerzas fundamentales que gobiernan toda la realidad, el Modelo Estándar describe tres: el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos los núcleos, y las fuerzas nucleares débiles que gobiernan la desintegración radiactiva de los núcleos.
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Tanto los bosones W como Z portan la fuerza nuclear débil y se forman mediante procesos radiactivos. El Colisionador CDF hizo chocar billones de protones y antiprotones (la antimateria se convierte en protones, con la misma masa pero carga opuesta) entre sí a altas velocidades en un proceso de este tipo, que produce un bosón W una vez cada 10 millones de colisiones. Sin embargo, el bosón no se puede medir directamente; se descompone demasiado rápido, por lo que su presencia debe inferirse de las partículas en las que se descompone.
Es este proceso que los sensores sensibles de la CDF y luego el LHC están diseñados para observar. El cálculo actual utiliza 4,2 millones de observaciones de partículas candidatas al bosón W, casi cuatro veces más datos que la última medición del grupo de la masa del bosón W en 2012, y el experimento se llevó a cabo a ciegas para minimizar el riesgo de sesgo humano. , lo que significa que los físicos que analizaban sus datos no sabían nada sobre sus resultados hasta que se completaba su trabajo.
“La cantidad de mejoras y verificaciones adicionales realizadas a nuestro resultado es enorme”, dijo en un comunicado Ashutosh V. Kotwal de la Universidad de Duke, quien dirigió el trabajo.
Los resultados dan la masa del bosón W en 80 433,5 ± 9,4 MeV (un megaelectrón-voltio corresponde aproximadamente a la masa-energía de un electrón), mientras que las predicciones del modelo estándar predicen la masa en 80 357 (MeV) ± 6 MeV. Aunque el error (alrededor de 77 MeV) es pequeño, la medición tiene una precisión de 9 MeV, lo que hace que la desviación sea casi ocho veces mayor que el margen de error. En términos matemáticos, la significación estadística del resultado es 7 sigma, muy por encima del estándar de oro estadísticamente aceptado de 5 sigma en física de partículas. Esto significa que si ninguna nueva física afectara al bosón W, desviaciones al menos tan grandes como las observadas seguirían viniendo de la pura casualidad una vez cada 800 mil millones de veces que se realizó el experimento, mientras que un 5-sigma corresponde a un efecto dado que aparece por casualidad una vez. cada 3,5 millones de ejecuciones.
En el pasado, discrepancias como la masa del bosón W han destacado la necesidad y el surgimiento de nuevas teorías en física. Por ejemplo, la oscilación de la órbita de Mercurio, que las teorías newtonianas no podían explicar, allanó el camino de las imágenes newtonianas a las imágenes einsteinianas del mundo.
Esta discrepancia podría significar que los cálculos detrás del análisis del experimento o el experimento mismo estaban equivocados, o que faltan ciertas partes del modelo estándar. Sin embargo, el artículo producido en Science ha sido revisado por pares y el experimento es el más preciso realizado hasta la fecha. En consecuencia, los resultados dejaron a la comunidad física asombrada y emocionada, ya que potencialmente podría reescribir la física de partículas como se la conoce actualmente a través del Modelo Estándar.
“Nadie esperaba esta discrepancia”, dice Martijn Mulders, físico experimental del CERN cerca de Ginebra, que no participó en la nueva investigación pero coescribió un comentario adjunto en Science, mientras se dirigía a Scientific American. “Es muy inesperado. Casi se siente como una traición porque de repente están cortando una de las patas que realmente soporta toda la estructura de la física de partículas.
“El modelo estándar es una estructura muy equilibrada. Por lo tanto, esta medida no es una sola medida. Si esa medida cambia, entonces cambia el equilibrio del modelo, lo que significa que tenemos que volver a evaluar todas las otras medidas que hemos hecho y ver si, tal vez, al cambiar otros parámetros, las cosas se vuelven naturales”, dijo el Dr. Amol. Dighe, profesor. de Física en el Departamento de Física Teórica, Instituto Tata para la Investigación Básica (TIFR) al abordar menta
ARCHIVO – Un técnico trabaja en el túnel del LHC (Large Hadron Collider) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, CERN, cerca de Ginebra, Suiza, el martes 16 de febrero de 2016.
(AP)
Por ejemplo, el modelo estándar se usó para predecir propiedades como la masa y la carga de varias partículas que luego se descubrieron en lo que se conoce como la gran era de la física de partículas en el siglo XX. El más famoso de estos fue el bosón de Higgs, apodado la «partícula de dios», que da masa a todas las demás partículas, incluido el bosón W. El bosón de Higgs, que finalmente se descubrió en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, también tenía una masa predicha por el modelo estándar.
Sin embargo, el modelo estándar también se enfrentó a desafíos antes de los resultados de este experimento, siendo el principal de ellos su incapacidad para dar cuenta de la materia oscura, la energía oscura, las masas de neutrinos y la gravedad. En este contexto, los resultados refuerzan la creencia de los científicos de que existe una «nueva física» más allá del Modelo Estándar al que apuntan los resultados.
“Como físico de partículas, estoy seguro de que se necesita más física para descubrir más allá del modelo estándar. Son estos misterios los que brindan a los físicos nuevas pistas y nuevas razones para continuar buscando una comprensión más completa de la materia, la energía, el espacio y el tiempo”, dijo John Conway, miembro del equipo que construyó y administró el detector de colisiones en Fermilab (CDF). . , en un artículo sobre La conversación.
No es lo que entiendes sino lo que no entiendes lo que es interesante en la empresa científica. En el pasado, discrepancias como la masa del bosón W han destacado la necesidad y el surgimiento de nuevas teorías en física. Por ejemplo, la oscilación de la órbita de Mercurio, que las teorías newtonianas no podían explicar, allanó el camino de las imágenes newtonianas a las imágenes einsteinianas del mundo. De manera similar, los experimentos de doble rendija allanaron el camino para la mecánica cuántica.
Sin embargo, los científicos hacen su debida diligencia al tratar de revisar los resultados del artículo científico y su metodología. Esperamos una multitud de artículos que intenten explicar la discrepancia de masas a través de nuevas teorías y partículas. Uno de los candidatos para lo mismo es la supersimetría, una teoría que no ha producido resultados hasta el momento a pesar de los experimentos para encontrar tales partículas supersimétricas en el LHC. Podemos esperar más en un futuro próximo.
Binit Priyaranjan es periodista independiente, autora y poeta.
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