El descubrimiento de que el bosón W tiene una masa mucho mayor de la predicha por el Modelo Estándar sugiere que en la naturaleza hay un principio fundamental todavía desconocido que cambiaría nuestro conocimiento sobre el universo, aunque habrá que esperar un tiempo para confirmarlo.
El mundo de la Física está conmocionado después de que un equipo internacional de investigadores del Fermilab haya logrado la medida más precisa hasta la fecha de la masa del bosón W, una partícula mensajera de una de las cuatro fuerzas que gobiernan nuestro universo.
La noticia ha sentado como un rayo caído del cielo (a bolt out of the blue) porque tambalea un poco más el frágil conocimiento que tenemos del universo: la masa del bosón W es mucho mayor que la predicha por el Modelo Estándar, el marco teórico de la Física que describe la naturaleza en su nivel más fundamental.
Predicho en la década de 1960 y descubierto en 1983, el bosón W es el fundamento de la radiactividad y de las reacciones de fusión nuclear, como las que impulsan al Sol y a todas las estrellas.
El Modelo Estándar no predice la masa absoluta del bosón W directamente, pero describe todas las interacciones de partículas conocidas, aunque no se considera un modelo acabado.
El Modelo incluye tres fuerzas, electromagnética, fuerte y débil, pero no tiene en cuenta la gravedad. Tampoco explica la materia oscura, la sustancia invisible que constituye el 85% de la realidad del universo.
Hito fundamental
El bosón W es un hito fundamental para completar el Modelo Estándar: es el mediador de la fuerza débil, una de las cuatro fuerzas que gobiernan el comportamiento de la materia en nuestro universo. Conocer su masa precisa es crucial para probar la solidez de las predicciones del Modelo Estándar.
Lo sorprendente radica en que la nueva medida del bosón W está en contradicción directa con el Modelo Estándar, lo que, de confirmarse en otros experimentos, supondría que en la naturaleza existe un mecanismo que todavía desconocemos, un nuevo principio fundamental, explica con asombro el director de esta investigación, Ashutosh Kotwal.
“Esta medición apunta hacia nuevos y emocionantes descubrimientos en física de partículas en los próximos años”, añade en un comunicado de la Universidad de Duke.
Esta nueva masa del bosón W podría revelar nuevos fenómenos distintos a los que indica el Modelo Estándar, precisa Alberto Ruiz, investigador del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC), que también participó en el estudio.
Muchos datos
Utilizando las colisiones de partículas de alta energía producidas por el Detector Colisionador de Fermilab (CDF), en Chicago, se han recopilado, desde 1985 hasta 2011, enormes cantidades de datos de bosones W.
Ahora, tras 10 años de cuidadoso análisis, el nuevo valor obtenido en el CDF está de acuerdo con muchas mediciones anteriores de la masa del bosón W, pero también hay algunos desacuerdos: muestra una discrepancia significativa con el valor esperado, así como cierta tensión con el último valor obtenido hasta la fecha, hace 4 años.
Los investigadores de CDF llevan más de 30 años trabajando para conseguir mediciones cada vez más precisas de la masa del bosón W, cuyo descubrimiento culminó con el Premio Nobel de Física de 1984.
Medir su masa con alta precisión representa un gran reto y un objetivo importante para probar la unificación de la fuerza nuclear débil y la electromagnética en el Modelo Estándar, destacan los investigadores.
Sin embargo, serán necesarias mediciones futuras para arrojar más luz sobre el resultado. De confirmarse, esta medición implicaría la necesidad de ampliarlo con modelos de nueva física.
4 millones de candidatos
La masa de un bosón W es unas 80 veces la masa de un protón, por eso se sabe que es una de las partículas más pesadas del universo, explican los investigadores.
El valor de la medida más precisa de su masa, obtenido ahora en el colisionador Tevatron de Fermilab, es de 80.433 +/- 9 MeV/c2, y se ha conseguido tras observar 4,2 millones de candidatos a bosón W, aproximadamente cuatro veces más que el número utilizado en el análisis que se publicó en 2012.
Fermilab es el principal laboratorio nacional de EE UU para la investigación en física de partículas y aceleradores. En su colaboración trabajan más de 400 investigadores e investigadoras de 54 institutos repartidos en 23 países. El laboratorio pertenece a la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Sin embargo, no es el único centro donde se estudia el bosón W. Los experimentos del Gran colisionador de hadrones (LHC) de Ginebra han recopilado y continúan recopilando también muchos datos sobre el bosón W, y deberían arrojar luz sobre el alcance y significado de la masa del bosón W.
En cualquier caso, habrá que esperar para salir de dudas, aunque el Modelo Estándar está profundamente tocado desde hace algún tiempo.
Modelo en crisis
En marzo del año pasado, un equipo de físicos del LHC anunció que había detectado un comportamiento inesperado en una partícula subatómica llamada quark fondo, también conocida como quark belleza, que podría ser el primer indicio consistente de una Física completamente nueva.
Menos de un mes después, Fermilab detectó partículas fundamentales llamadas muones que se comportan de una manera no predicha por el Modelo Estándar, confirmando así la necesidad de reconstruir el modelo que describe todas las partículas elementales.
Y en septiembre, otro descubrimiento realizado en la Universidad de Bonn sugería lo mismo: observando unas partículas que forman parte de los rayos cósmicos llamadas kaones, se descubrió que la medida de su inestabilidad tampoco encaja con los parámetros del Modelo Estándar, clara indicación de que hay nueva Física todavía por descubrir.
La conclusión de todos estos indicios, que se refuerza con la sorpresa registrada en el bosón W, es que el Modelo Estándar se está quedando pequeño para todo lo que estamos observando en diferentes experimentos de laboratorio. Parece que se acerca su fecha de caducidad.
Fuente LEVANTE