Ciencia
8 de Abril de 2022Conmoción en la física: el sorpresivo hallazgo sobre la partícula del bosón W que contradice la comprensión del universo
La gran explicación para describir el funcionamiento del universo puede tener importantes defectos. "No es solo que algo esté mal, significa que algo fundamental en nuestra comprensión de la naturaleza está mal".
El bosón es una de las partículas elementales de la naturaleza y los hay de cuatro tipos. El W, que es el “mensajero” de una de las fuerzas fundamentales del universo, acaba de dar la sorpresa, pues, según nuevos datos, tendría más masa de la que debería y eso contradice al modelo estándar de la física.
Un estudio que publica Science da una nueva medición, dos veces más precisa que la anterior, de la masa de W fruto de una investigación liderada por la Colaboración del Detector del Colisionador del Fermilab (CDF), con participación española, y ahora se espera a que sea confirmada por nuevos experimentos.
La gran explicación que los físicos utilizan para describir el funcionamiento del universo puede tener así algunos nuevos e importantes defectos que remendar.
“No es solo que algo esté mal”, dijo Dave Toback, físico de partículas de la Universidad A&M de Texas y portavoz del Laboratorio Nacional de Aceleración Fermi del gobierno estadounidense, que realizó los experimentos. Si se repite en otros laboratorios, “significa literalmente que algo fundamental en nuestra comprensión de la naturaleza está mal”.
A new, very-high-precision measurement of the W boson mass suggests that improvements to calculations or extensions to the standard model of particle physics might be needed.
— Science Magazine (@ScienceMagazine) April 7, 2022
Read that research and more this week in Science: https://t.co/u9xniWuTqB pic.twitter.com/HXPKAW5UEK
Masa del bosón W: desviación alta frente a las predicciones
La masa del bosón W tiene una desviación sorprendentemente alta frente a las predicciones del modelo estándar de la física de partículas, que es el marco teórico que describe la naturaleza en su nivel más fundamental, aunque se sabe que es incompleto y aún tiene deficiencias.
Para el subdirector del Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab, en Estados Unidos), Joe Lykken, “aunque se trata de un resultado intrigante, la medición debe ser confirmada por otro experimento antes de que pueda ser interpretada en su totalidad”.
Si se confirmaran, estos nuevos resultados podrían poner de relieve las áreas en las que el modelo estándar debe ser mejorado o ampliado o, incluso, proporcionar un primer vistazo a la física más allá de este.
“El valor sorprendentemente alto” de la masa del bosón W “desafía directamente un elemento fundamental en el corazón del modelo estándar”, indican en un artículo relacionado los físicos Claudio Campagnari y Martijn Mulders, que no participaron en el estudio.
Data finds the W boson’s mass is higher than theory predicts, threatening to upend the standard model https://t.co/6JXretUSaB
— nature (@Nature) April 8, 2022
Bosón W, la partícula mensajera
Bosones y fermiones son partículas elementales, es decir, los componentes más pequeños de todo lo que existe. Los primeros son los que hacen que el resto de partículas interactúen entre sí y el más conocido es el de Higgs, llamado popularmente “la partícula de Dios”, que ayuda a que todas ellas tengan masa.
El bosón W es una partícula mensajera de la fuerza nuclear débil (una de las cuatro que rigen el comportamiento de la materia en el universo) y es responsable de los procesos nucleares que hacen brillar el Sol y de la descomposición de las partículas. Se trata de uno de los parámetros fundamentales más importantes en la física de partículas.
El equipo investigador analizó durante casi una década los datos recogidos, entre 1985 y 2011, por el acelerador de partículas Tevatron de la CDF, que está formada por un equipo internacional de 400 investigadores.
“Nos ha llevado muchos años revisar todos los detalles y las comprobaciones necesarias. Es nuestra medición más sólida hasta la fecha y la discrepancia entre los valores medidos y los esperados persiste”, dijo Giorgio Chiarelli, del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear (INFN-Pisa).
El resultado es una importante contribución para comprobar la exactitud del modelo estándar y “ahora le corresponde a la comunidad de física teórica y a otros experimentos hacer un seguimiento y arrojar luz sobre este misterio”, consideró David Toback, de la Universidad de Texas A&M.
“Si la diferencia entre el valor experimental y el esperado se debe a algún tipo de nueva partícula o interacción subatómica, lo que es una de las opciones –indicó–, hay muchas posibilidades de que sea algo que se pueda descubrir en futuros experimentos”.
Modelo estándar de la física
Mediciones anteriores menos precisas del bosón W realizadas por otros equipos revelaron que era más ligero de lo previsto, por lo que “tal vez haya algo raro en este experimento”, dijo el físico de Caltech Sean M. Carroll, que no participó en la investigación y dijo que “merece la pena tomarlo muy en serio”.
El hallazgo es importante por su potencial efecto en el modelo estándar de la física. “La naturaleza tiene hechos”, dijo el físico de la Universidad de Duke Ashutosh V. Kotwal, líder del proyecto del análisis. “El modelo es la forma en que entendemos esos hechos”.
Los científicos saben desde hace tiempo que el modelo estándar no es perfecto. No explica bien la materia oscura ni la gravedad. Si los científicos tienen que entrar a retocarlo para explicar estos hallazgos, tienen que asegurarse de que no desbarata las ecuaciones matemáticas que ahora explican y predicen bien otras partículas y fuerzas, dijeron los investigadores.
Se trata de un problema recurrente con el modelo. Hace un año, otro equipo encontró otro problema con el modelo estándar y la forma en que reaccionan los muones.
“La mecánica cuántica es realmente hermosa y extraña”, dijo Toback. “Cualquiera que no se haya preocupado profundamente por la mecánica cuántica no la ha entendido”.
