¡Extraño! La medida del bosón W no se ajusta al modelo estándar de la física
Hace diez años, los físicos se preguntaron si el descubrimiento del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones europeo marcaría una nueva frontera más allá del Modelo estándar de partículas subatómicas. Hasta ahora, ese no ha sido el caso, pero una nueva medición de otro tipo de bosón en otro colisionador de partículas podría ser la solución.
Este es el resultado de nuevos hallazgos del Detector colisionador en Fermilab, o CDF, uno de los principales experimentos que utilizan el Tevatron Particle Collider en el Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU. en Illinois. Todavía no es hora de tirar los libros de texto de física, pero los científicos de todo el mundo se preguntan sobre el nuevo valor informado por el equipo de la CDF para la masa del bosón W.
Los bosones son partículas portadoras de fuerza que transfieren cantidades discretas de energía entre partículas de materia. Por ejemplo, la fuerza electromagnética es transportada por bosones llamados fotones, mientras que el bosón de Higgs es el encargado de transferir la fuerza que da masa a las partículas.
El bosón W juega un papel en la fuerza nuclear débil, que está involucrado en la desintegración radiactiva y en la fusión nuclear, el proceso que hace que el sol brille. La partícula fue descubierta hace décadas en las instalaciones de investigación europeas del CERN, que ahora alberga el Gran Colisionador de Hadrones, y su masa ha sido objeto de estudio desde entonces.
Básicamente, el bosón W es unas 80 veces más pesado que un protón. Pero para los físicos, «aproximadamente» no es suficiente. Conocer el peso exacto del bosón W es un gran problema, porque ese valor se tiene en cuenta en las ecuaciones finamente ajustadas que se tejen en el Modelo Estándar, una de las teorías científicas más exitosas. La teoría explica cómo se juntan los átomos, y sus predicciones, incluida la predicción de la existencia del bosón de Higgs, se han confirmado repetidamente.
Y, sin embargo, hay muchas cosas que el modelo estándar no explica. Algunos de los grandes problemas tienen que ver con la naturaleza de materia negra y energía oscura, que en conjunto constituyen más del 95% del contenido del universo. Si hay una medida que va en contra del modelo estándar, puede indicar una oportunidad para revisar la teoría.
Aquí es donde las conclusiones de la CDF, publicado en la edición de la semana pasada de la revista Science, ingrese: Los físicos han analizado grandes cantidades de datos recopilados en el Tevatron entre 1985 y 2011, y han llegado a una medida de masa que tiene una precisión del 0,01%. Esto es el doble de preciso que la mejor medición anterior. Fermilab dice que es como medir el peso de un gorila de 800 libras en menos de 1,5 onzas.
El único problema es que el gorila de 800 libras parece inclinar la balanza con tres cuartos de libra de sobrepeso. El valor esperado para la masa del bosón W fue de 80 357 megaelectronvoltios, o MeV, más o menos 6 MeV. El valor CDF es 80.433 MeV, más o menos 9 MeV.
«Fue una sorpresa», Chris Hays de la Universidad de Oxford, miembro del equipo de la FCD, dijo en un comunicado de prensa.
Los investigadores de CDF dicen que sus resultados tienen un nivel de confianza de 7 sigma, lo que se traduce en una probabilidad de 1 en 390 mil millones de que puedan explicarse como probabilidad estadística.
Si los resultados se mantienen, los físicos teóricos tendrán que concentrar su potencia de fuego en cómo explicar la discrepancia. Podría haber todo tipo de gestos con las manos para vincular el bosón demasiado grande con fenómenos extraños que van desde la materia oscura y la energía oscura hasta supersimetría y nuevas redes de partículas aún desconocidas.
Pero es demasiado pronto para eso. Aunque el análisis estadístico parece impresionante, siempre existe la posibilidad de que algo arruine la medición. Este fue el caso de la afirmación en 2011 de que los neutrinos podrían viajar más rápido que la luz. Cuando estos resultados se anunciaron por primera vez, los investigadores afirmaron tener un nivel de confianza casi tan alto como el que afirma ahora el equipo de la FCD. Pero tras el examen, los investigadores encontraron problemas en su configuración experimental, incluido un cable de fibra óptica suelto. Estos neutrinos más rápidos que la luz en realidad no eran.
El subdirector de Fermilab, Joe Lykken, dijo que los hallazgos de la CDF por sí solos no fueron suficientes para forzar una revisión completa del modelo estándar. «Aunque este es un resultado intrigante, la medición debe ser confirmada por otro experimento antes de que pueda interpretarse por completo», dijo.
El coportavoz de la CDF, David Toback, físico de la Universidad Texas A&M, dijo que los hallazgos informados recientemente representan una verificación valiosa del modelo estándar, ya sea que terminen siendo confirmados o no.
“Ahora depende de la comunidad de física teórica y otros experimentos seguir esto y arrojar luz sobre este misterio”, dijo. «Si la diferencia entre el valor experimental y el valor esperado se debe a algún tipo de nueva partícula o interacción subatómica, que es una de las posibilidades, es probable que sea algo que pueda descubrirse en experimentos futuros.
Echa un vistazo a este hilo de Twitter para especulaciones informadas de Martin Bauer, físico de la Universidad de Durham sobre lo que podría significar un bosón W con sobrepeso para el modelo estándar:
Esta es una versión actualizada de un informe publicado por primera vez el diario cósmico.
Imagen principal: el Detector de Colisionadores de Fermilab, visto en esta imagen siendo desmantelado, registró colisiones de partículas de alta energía desde 1985 hasta 2011. (Fuente: Fermilab a través del CERN)
