¿Podría Finalmente Ser Derrotado El Modelo Reinante De La Física?

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Los resultados combinados de dos destructores de átomos masivos podrían revelar las primeras fallas en el modelo físico reinante para describir partículas subatómicas.

Nota del editor: esta historia se actualizó el viernes 11 de septiembre a las 2:45 p.m. E.T.

El problema se está gestando en el mundo ordenado de la física subatómica.

La nueva evidencia del mayor destructor de átomos, el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, Suiza, sugiere que ciertas pequeñas partículas subatómicas llamadas leptones no se comportan como se espera.

Hasta ahora, los datos solo apuntan a estos leptons que se comportan mal. Pero si más datos confirman su comportamiento caprichoso, las partículas representarían las primeras grietas en el modelo de física reinante para partículas subatómicas, dicen los investigadores. [Vea las fotos de Smasher Atom más grande del mundo]

Modelo reinante

Un solo modelo, llamado el Modelo Estándar, gobierna el extraño mundo de los más pequeños. Dicta el comportamiento de cada partícula subatómica, desde los neutrinos fantasmales hasta el bosón de Higgs buscado durante mucho tiempo (descubierto en 2012), lo que explica cómo otras partículas obtienen su masa. En cientos de experimentos durante cuatro décadas, los físicos han confirmado una y otra vez que el Modelo Estándar es un predictor preciso de la realidad.

Pero el Modelo Estándar no es la imagen completa de cómo funciona el universo. Por un lado, los físicos no han encontrado una manera de conciliar el microcosmos del Modelo Estándar con la teoría de la relatividad general de Einstein, que describe cómo las masas distorsionan el espacio-tiempo en una escala mayor. Y ninguna de las teorías explica la sustancia misteriosa llamada materia oscura, que constituye la mayor parte de la materia del universo, sin emitir luz. Así que los físicos han estado buscando resultados que contradigan las premisas básicas del Modelo Estándar, con la esperanza de que pueda revelar una nueva física. [Más allá de Higgs: 5 otras partículas que pueden estar al acecho en el universo]

Grietas en la fundación.

Los físicos pueden haber encontrado una de esas contradicciones en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que acelera los haces llenos de protones alrededor de un anillo subterráneo de 17 millas de largo (27 kilómetros) y los golpea entre sí, creando una lluvia de partículas de corta duración..

Mientras revisaban la sopa de letras de las partículas de vida corta, los científicos con el experimento de belleza del LHC (LHCb) notaron una discrepancia en la frecuencia con la que los mesones B, partículas con una masa cinco veces mayor que la del protón, se descomponen en otros dos tipos de partículas similares a los electrones, llamadas El tau leptón y el muón.

Los científicos de LHCb notaron un poco más de leptones tau de lo que esperaban, lo que informaron por primera vez a principios de este año. Pero ese resultado fue muy preliminar. Solo a partir de los datos de LHCb, hubo una alta probabilidad, aproximadamente 1 en 20, de que una casualidad estadística pudiera explicar los hallazgos.

"Este es un pequeño indicio, y no se habría sentido sumamente emocionado hasta que no lo haya visto más", dijo Hassan Jawahery, físico de partículas de la Universidad de Maryland en College Park, que trabaja en el experimento LHCb.

Pero esta misma discrepancia en la relación tau-lepton-muón ha surgido antes, en el experimento BaBar de la Universidad de Stanford, que rastreaba las consecuencias de los electrones que chocaban con sus compañeros de antimateria, los positrones.

Con ambas fuentes de datos combinadas, las probabilidades de que la discrepancia entre tau-lepton-muón sea un subproducto de la probabilidad aleatoria disminuyen significativamente. Los investigadores informaron de septiembre que los nuevos resultados están en un nivel de certeza de "4-sigma", lo que significa que existe una posibilidad del 99,993 por ciento de que la discrepancia entre los leptones y los muones representa un fenómeno físico real, y no es un subproducto de la posibilidad aleatoria. 4 en la revista Physical Review Letters. (Normalmente, los físicos anuncian grandes descubrimientos, como el del bosón de Higgs, cuando los datos alcanzan un nivel de significación de 5 sigma, lo que significa que hay una probabilidad de 1 en 3.5 millones de que el hallazgo sea una casualidad estadística).

"Sus valores están totalmente en línea con los nuestros", dijo Vera Luth, una física de la Universidad de Stanford en California que trabajó en el experimento BaBar. "Obviamente estamos emocionados de que no se vea totalmente como una fluctuación. En realidad puede ser correcto".

¿Extraños mundos nuevos?

Por supuesto, todavía es muy temprano para decir con absoluta certeza que algo raro está sucediendo en el mundo de lo muy pequeño. Pero el hecho de que se hayan encontrado resultados similares utilizando modelos experimentales completamente diferentes refuerza los hallazgos de LHCb, dijo Zoltan Ligeti, un físico teórico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, que no participó en los experimentos actuales. Además, la fábrica B en el experimento KEK-B en Japón ha encontrado una desviación similar, agregó.

Si el fenómeno que han medido se mantiene con más pruebas, "las implicaciones para la teoría y cómo vemos el mundo serían extremadamente sustanciales", dijo Ligeti a WordsSideKick.com. "Es realmente una desviación del Modelo Estándar en una dirección que la mayoría de la gente no habría esperado".

Por ejemplo, uno de los principales contendientes para explicar la materia oscura y la energía oscura es una clase de teorías conocida como supersimetría, que sostiene que cada partícula conocida tiene un superparte con características ligeramente diferentes. Pero las versiones más populares de estas teorías no pueden explicar los nuevos resultados, dijo.

Aún así, los nuevos resultados aún no están confirmados. Eso tendrá que esperar hasta que el equipo comience a analizar los datos de la nueva ejecución del LHC, que aumentó casi el doble de los niveles de energía en abril, dijo Jawahery.

"Las incertidumbres siguen siendo grandes, y nos gustaría hacerlo mejor", dijo Luth. "Estoy seguro de que el LHCb hará eso".

Nota del editor: esta historia se actualizó para corregir la descripción del mesón B. Tiene una masa aproximadamente cinco veces la masa de un protón, y no es un portador de fuerza.

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