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La partícula clave pesa un poco, lo que desconcierta a los físicos

Esta foto sin fecha proporcionada por el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi en abril de 2022 muestra el detector colisionador de la instalación en las afueras de Batavia, Illinois. En los resultados publicados el jueves 7 de abril de 2022, los científicos del laboratorio calcularon que el bosón W, una partícula fundamental de la física, pesa un poco más de lo que su libro de reglas teóricas para el universo les dice que debería. . Crédito: Fermilab vía AP

La gran explicación que usan los físicos para describir cómo funciona el universo puede tener nuevas fallas importantes que corregir después de que una partícula fundamental resulte tener más masa de lo que pensaban los científicos.


«No es solo algo malo», dijo Dave Toback, físico de partículas de la Universidad Texas A&M y portavoz del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi del gobierno de EE. UU., que realizó los experimentos. Si otros laboratorios lo replican, «significa literalmente que algo fundamental en nuestra comprensión de la naturaleza está mal».

Los físicos en el laboratorio rompieron partículas durante diez años y midieron la masa de 4 millones de bosones W. Estas partículas subatómicas son responsables de una fuerza fundamental en el centro de los átomos, y solo existen durante una fracción de segundo antes de desintegrarse en otras. partículas

«Aparecen y desaparecen constantemente en la espuma cuántica del universo», dijo Toback.

La diferencia en masa de lo que predice la teoría prevaleciente del universo es demasiado grande para ser un error de redondeo o algo que pueda explicarse fácilmente, según el estudio realizado por un equipo de 400 científicos de todo el mundo publicado el jueves en la revista Science.

El resultado es tan extraordinario que necesita ser confirmado por otro experimento, dicen los científicos. Si se confirma, presentaría uno de los mayores problemas hasta la fecha con el libro de reglas detallado de los científicos para el cosmos, llamado el modelo estandar.

Ashutosh V. Kotwal, físico de la Universidad de Duke, líder del proyecto para el análisis, dijo que es como descubrir que hay una habitación oculta en tu casa.

Los científicos han especulado que podría haber una partícula no descubierta que interactúe con el bosón W que podría explicar la diferencia. Quizás la materia oscura, otro componente del universo poco conocido, podría desempeñar un papel. O tal vez solo hay una nueva física involucrada que simplemente no entienden en este momento, dijeron los investigadores.

El modelo estándar dice que un bosón W debe medir 80 357 000 electronvoltios, más o menos seis.

«Encontramos un poco más que eso. No tanto, pero es suficiente», dijo Giorgio Chiarelli, otro científico del equipo Fermi y director de investigación del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia. La escala del equipo de Fermi coloca al bosón W en 80 433 000 electronvoltios más pesado, más o menos nueve.

No parece una gran diferencia, pero es enorme en el mundo subatómico.

Pero el equipo y los expertos que no participaron en la investigación dijeron que tal afirmación requiere más evidencia de un segundo equipo, que aún no tienen.

«Es una medición increíblemente complicada, requiere comprender varias calibraciones de varios efectos pequeños», dijo Claudio Campagnari, físico de partículas de la Universidad de California en Santa Bárbara, que no formó parte del equipo de Fermi. . «Estos muchachos son realmente buenos. Y los tomo muy en serio. Pero creo que, en última instancia, lo que necesitamos es la confirmación de otra experiencia».

Anteriormente, las mediciones menos precisas del bosón W realizadas por otros equipos encontraron que era más liviano de lo esperado, por lo que «tal vez haya algo extraño en este experimento», dijo el físico Caltech Sean M. Carroll, quien no formó parte de la investigación y dijo que «valía absolutamente la pena tomarlo muy en serio».

El descubrimiento es significativo debido a su efecto potencial en el modelo estándar de la física.

«La naturaleza tiene hechos», dijo Kotwal de Duke. «El modelo es cómo entendemos estos hechos».

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el modelo estándar no es perfecto. No explica bien la materia oscura o la gravedad. Si los científicos tienen que entrar y jugar para explicar estos hallazgos, deben asegurarse de que no estropeen las ecuaciones matemáticas que ahora explican y predicen muchas otras partículas y fuerzas, dijeron los investigadores.

Este es un problema recurrente con el modelo. Hace un año, otro equipo descubrió otro problema con el Modelo Estándar y la reacción de los muones.

«La mecánica cuántica es realmente hermosa y extraña», dijo Toback. «Cualquiera que no haya estado profundamente preocupado por la mecánica cuántica no la ha entendido».


La medición más precisa jamás realizada de la masa del bosón W sugiere que el modelo estándar necesita mejoras


Más información:
AV Kotwal, Medición de alta precisión de la masa del bosón W con el detector CDF II, Ciencia (2022). DOI: 10.1126/ciencia.abk1781. www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781

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Cita: La partícula clave pesa un poco, confundiendo a los físicos (10 de abril de 2022) recuperado el 10 de abril de 2022 de https://phys.org/news/2022-04-key-particle-bit-heavy-confounding.html

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