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¡increíble! La medida del bosón W no se ajusta al modelo estándar de física

Hace una década, los físicos se preguntaban si el descubrimiento del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones de Europa señalaría una nueva frontera más allá Modelo estándar de partículas subatómicas. Hasta ahora, ese no ha sido el caso, pero una nueva medición de un tipo diferente de bosón en un colisionador de partículas diferente podría ser el truco.

Este es el resultado de los nuevos resultados de El detector colisionador en Fermilab, o CDF, fue uno de los principales experimentos que utilizaron el colisionador de partículas Tevatron en el Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU. en Illinois. Todavía no es el momento de tirar los libros de texto de física, pero los científicos de todo el mundo se están rascando la cabeza sobre el valor que el equipo de CDF informó recientemente 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 transmitida por bosones conocidos como fotones, mientras que el bosón de Higgs es el encargado de transmitir la fuerza que da masa a las partículas.

El bosón W juega un papel en energía nuclear débil, que desempeña su papel en la desintegración radiactiva y en la fusión nuclear, el proceso que hace que el sol brille. La partícula fue descubierta hace décadas en el centro de investigación CERN en Europa, que ahora alberga el Gran Colisionador de Hadrones, y su masa ha sido objeto de estudio desde entonces.

En términos generales, el bosón W es unas 80 veces más pesado que el protón. Pero para los físicos, «en términos generales» no es suficiente. Conocer el peso exacto del bosón W es importante porque este valor se tiene en cuenta en las ecuaciones exactas entretejidas en el Modelo Estándar, una de las teorías científicas más exitosas. La teoría explica cómo se mantienen unidos los átomos, y sus predicciones, incluida la del bosón de Higgs, se han confirmado repetidamente.

Sin embargo, hay muchas cosas que el modelo estándar no explica. un par de biggies que tienen que hacer en la naturaleza materia oscura Y energía oscura, que en conjunto constituyen más del 95% del contenido del universo. Si hay algunas medidas que contradicen el Modelo Estándar, esto puede indicar una oportunidad para revisar la teoría.

Aquí es donde están los resultados de CDF, Publicado en la edición de la semana pasada de ScienceVamos: los físicos analizaron grandes cantidades de datos recopilados en el Tevatron entre 1985 y 2011, y obtuvieron una medida de masa que tiene una precisión del 0,01 %. Esto es el doble de la precisión de la mejor medición anterior. Fermilab dice que es como medir un gorila que pesa 800 libras a 1,5 onzas.

El único problema es que el gorila de 800 libras parece inclinar la balanza a tres cuartos de libra de exceso de peso. El valor esperado para la masa del bosón W fue 80357 MeV, o MeV, más o menos 6 MeV. El valor CDF es 80433 MeV más o menos 9 MeV.

“Fue una sorpresa”, dijo Chris Hayes de la Universidad de Oxford, miembro del equipo de la FCD, Dijo en un comunicado de prensa.

Los investigadores de CDF dicen que sus hallazgos tienen un nivel de confianza de 7 sigma, lo que se traduce en una probabilidad de 1 en 390 mil millones que podría interpretarse como probabilidad estadística.

Si los resultados se mantienen, los físicos teóricos tendrán que utilizar su potencia de fuego para descubrir cómo explicar la discrepancia. Podría haber todo tipo de movimientos manuales para asociar el bosón supermasivo con fenómenos extraños que van desde la materia oscura y la energía oscura hasta Supersimetría y nuevas matrices de partículas no descubiertas.

Pero es demasiado pronto para eso. Aunque el análisis estadístico parece impresionante, todavía existe la posibilidad de deshacer la escala. Este fue el caso de En 2011 se afirmó que los neutrinos pueden viajar más rápido que la luz.. Cuando estos resultados se anunciaron por primera vez, los investigadores afirmaron que el nivel de confianza era tan alto como el que afirma ahora el equipo de la CDF. Pero tras la revisión, los investigadores encontraron lagunas en su configuración experimental, incluido un Cable de fibra óptica mal conectado. Esos neutrinos son en realidad más rápidos que la luz. usted no estaba.

El subdirector de Fermilab, Joe Lykken, dijo que los resultados de CDF por sí solos no son suficientes para forzar un replanteamiento completo del Modelo Estándar. «Si bien este es un resultado interesante, la medición debe ser confirmada por otro experimento antes de que pueda explicarse por completo», dijo.

El portavoz de la CDF, David Tupac, físico de la Universidad Texas A&M, dijo que los hallazgos recientemente informados representan un examen valioso del modelo estándar, ya sea que hayan sido confirmados o no.

«Ahora depende de la comunidad de física teórica y otros experimentos hacer un seguimiento de 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 posibilidad, es muy probable que se pueda detectar en futuros experimentos».

Consulte este hilo de Twitter para obtener una especulación informada de El físico Martin Power de la Universidad de Durham Sobre lo que podría significar una W con sobrepeso para el modelo estándar:

Esta es una versión actualizada de un informe publicado por primera vez en registro cósmico.

Imagen principal: el detector colisionador de Fermilab, visto en esta imagen mientras se desmontaba, registró colisiones de partículas de alta energía desde 1985 hasta 2011. (Fuente: Fermilab a través del CERN)

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