Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La publicación aportó el artículo a Space.com Voces expertas: Op-Ed & Insights.
Como físico que trabaja en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Cern, una de las preguntas más frecuentes que me hacen es «¿cuándo van a encontrar algo?». Resistiendo la tentación de responder sarcásticamente «aparte del bosón de Higgs, que ganó el Premio Nobel, y de toda una serie de nuevas partículas compuestas…», me doy cuenta de que la razón por la que se plantea tan a menudo la pregunta se debe a la forma en que hemos retratado el progreso de la física de partículas al mundo en general.
A menudo hablamos del progreso en términos de descubrimiento de nuevas partículas, y a menudo es así. El estudio de una nueva partícula muy pesada nos ayuda a ver los procesos físicos subyacentes, a menudo sin el molesto ruido de fondo. Eso facilita la explicación del valor del descubrimiento al público y a los políticos.
Sin embargo, recientemente, una serie de mediciones precisas de partículas y procesos ya conocidos y estándar han amenazado con sacudir la física. Y con el Gran Colisionador de Hadrones preparándose para funcionar a mayor energía e intensidad que nunca, es el momento de empezar a discutir ampliamente las implicaciones.
En realidad, la física de partículas siempre ha procedido de dos maneras, de las cuales las nuevas partículas son una. La otra es haciendo mediciones muy precisas que ponen a prueba las predicciones de las teorías y buscan desviaciones de lo esperado.
Las primeras pruebas de la teoría de la relatividad general de Einstein, por ejemplo, vinieron del descubrimiento de pequeñas desviaciones en las posiciones aparentes de las estrellas y del movimiento de Mercurio en su órbita.
Tres hallazgos clave
Las partículas obedecen a una teoría contraintuitiva, pero de enorme éxito, llamada mecánica cuántica. Esta teoría demuestra que las partículas demasiado masivas como para producirse directamente en una colisión de laboratorio pueden influir en lo que hacen otras partículas (a través de algo llamado «fluctuaciones cuánticas»). Sin embargo, las mediciones de estos efectos son muy complejas y mucho más difíciles de explicar al público.
Pero los resultados recientes que insinúan una nueva física inexplicable más allá del modelo estándar son de este segundo tipo. Estudios detallados del experimento LHCb descubrieron que una partícula conocida como quark de belleza (los quarks forman los protones y neutrones del núcleo atómico) «decae» (se desintegra) en un electrón con mucha más frecuencia que en un muón, el hermano más pesado del electrón, pero idéntico por lo demás. Según el modelo estándar, esto no debería ocurrir, lo que indica que nuevas partículas o incluso fuerzas de la naturaleza podrían influir en el proceso.
Experimento LHCb. (Crédito de la imagen: Cern)
Sin embargo, las mediciones del experimento ATLAS en el LHC de procesos similares que implican a los «quarks top» muestran que esta desintegración se produce a la misma velocidad para los electrones y los muones.
Mientras tanto, el experimento Muon g-2 en el Fermilab, en Estados Unidos, ha realizado recientemente estudios muy precisos sobre cómo los muones «se tambalean» cuando su «espín» (una propiedad cuántica) interactúa con los campos magnéticos circundantes. El experimento descubrió una pequeña pero significativa desviación de algunas predicciones teóricas, lo que sugiere que pueden estar actuando fuerzas o partículas desconocidas.
El último resultado sorprendente es la medición de la masa de una partícula fundamental llamada bosón W, portadora de la fuerza nuclear débil que rige la desintegración radiactiva. Tras muchos años de toma de datos y análisis, el experimento, también en el Fermilab, sugiere que es significativamente más pesada de lo que predice la teoría, desviándose en una cantidad que no ocurriría por casualidad en más de un millón de experimentos. Una vez más, es posible que haya partículas aún no descubiertas que aumenten su masa.
Curiosamente, sin embargo, esto también está en desacuerdo con algunas mediciones de menor precisión del LHC (presentadas en este estudio y en este otro).
El veredicto
Aunque no estamos absolutamente seguros de que estos efectos requieran una explicación novedosa, parece que cada vez hay más pruebas de que se necesita una nueva física.
Por supuesto, se propondrán casi tantos mecanismos nuevos para explicar estas observaciones como teóricos. Muchos buscarán varias formas de «supersimetría». Se trata de la idea de que hay el doble de partículas fundamentales en el modelo estándar de lo que pensábamos, y que cada partícula tiene una «superpareja». Puede tratarse de bosones de Higgs adicionales (asociados al campo que da masa a las partículas fundamentales).
Otros irán más allá, invocando ideas menos de moda últimamente, como el «tecnicolor», que implicaría la existencia de fuerzas adicionales de la naturaleza (además de la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte), y podría significar que el bosón de Higgs es en realidad un objeto compuesto hecho de otras partículas. Sólo los experimentos revelarán la verdad del asunto, lo cual es una buena noticia para los experimentadores.
Los equipos experimentales que están detrás de los nuevos hallazgos son todos muy respetados y han trabajado en los problemas durante mucho tiempo. Dicho esto, no es una falta de respeto hacia ellos señalar que estas mediciones son extremadamente difíciles de realizar. Es más, las predicciones del modelo estándar suelen requerir cálculos en los que hay que hacer aproximaciones. Esto significa que diferentes teóricos pueden predecir masas y tasas de desintegración ligeramente diferentes en función de las suposiciones y el nivel de aproximación realizado. Así que puede ser que cuando hagamos cálculos más precisos, algunos de los nuevos descubrimientos encajen con el modelo estándar.
Igualmente, puede ser que los investigadores estén utilizando interpretaciones sutilmente diferentes y por ello encuentren resultados inconsistentes. La comparación de dos resultados experimentales requiere una cuidadosa comprobación de que se ha utilizado el mismo nivel de aproximación en ambos casos.
Ambos son ejemplos de fuentes de «incertidumbre sistemática», y aunque todos los implicados hacen lo posible por cuantificarlas, puede haber complicaciones imprevistas que las subestimen o las sobreestimen.
Nada de esto hace que los resultados actuales sean menos interesantes o importantes. Lo que los resultados ilustran es que hay múltiples caminos para una comprensión más profunda de la nueva física, y todos ellos deben ser explorados.
Con la reanudación del LHC, todavía hay perspectivas de que se produzcan nuevas partículas a través de procesos más raros o que se encuentren ocultas bajo fondos que aún no hemos desenterrado.
Este artículo ha sido republicado de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
Siga todos los temas y debates de Expert Voices -y participe en la discusión- en Facebook y Twitter. Las opiniones expresadas son las del autor y no reflejan necesariamente las del editor.
0 comentarios