La peculiaridad de la anomalía reside en que no está prevista por las leyes físicas, que hasta ahora permitían describir todas las partículas y campos conocidos en el universo

En el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Ginebra fue detectada a mediados de diciembre una ‘anomalía’, sobre la que ya se han escrito 94 trabajos científicos. Aunque los investigadores son cautos y, por el momento, prefieren hablar de ‘anomalía’ en vez de ‘descubrimiento’, creen que podría tratarse de un hallazgo muy importante en el marco de esta investigación.

La peculiaridad de la anomalía reside en que no está prevista por las leyes físicas, que hasta ahora permitían describir todas las partículas y campos conocidos en el universo. En otras palabras, la observación anómala se sale del modelo estándar.

Según este modelo estándar se pueden clasificar todas las partículas (quarks, gluones, fotones, neutrinos, el bosón de Higgs). Cada una de estas partículas tiene sus propiedades. Por ejemplo, los gluones no permiten que los núcleos atómicos se dispersen, los fotones es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético; es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio; y el bosón de Higgs, o partícula de Higgs, es una partícula elemental propuesta en el Modelo estándar de física de partículas que, en base al llamado mecanismo de Higgs, explica el origen de la masa de las partículas elementales. Por lo tanto no hay lugar en este ‘panteón’ de partículas para esta anomalía que fue detectada, explica el artículo.

El sentido de la anomalía

De junio a noviembre el Gran Colisionador de Hadrones hacía colisionar protones, núcleos de átomos de hidrógeno, con una energía récord de 13 teraelectronvoltios. Las colisiones fueron supervisadas por dos detectores de partículas colocados en los lados opuestos del anillo subterráneo del colisionador de 27 kilómetros, denominados ATLAS y CMS. En estos detectores trabajan dos equipos independientes de científicos.

Lo curioso es que ambos grupos observaron por separado un mismo fenómeno, que se asemeja mucho al nacimiento y desintegración inmediata de una nueva partícula masiva. Si se confirman estas observaciones, estaríamos ante el hallazgo de la partícula con más masa de entre todas las partículas elementales conocidas. La partícula anómala es 1,46 millones de veces más pesada que un electrón, 800 veces más pesada que un protón, y tendría una masa superior en 6 veces al bosón de Higgs y en 5 veces al quark cima, que tienen el récord hasta la fecha.

Según una de las hipótesis, la nueva partícula sería un pariente multidimensional del gravitón, responsable de la fuerza de gravedad. Otra teoría sugiere que la anomalía indica la existencia de partículas especiales de materia oscura, mientras que una tercera hipótesis la ve como una cierta versión del bosón de Higgs.

 

 

Por último, hay quien piensa que podría tratarse de un sgoldstino (súpergoldstino), partícula responsable del efecto conocido como ‘ruptura espontánea de la supersimetría‘ del modelo estándar mínimo de partículas elementales, un hecho experimental cuyo origen se desconoce. En este sentido, si la observación de esta partícula es acertada, ello significaría que el Gran Colisionador de Hadrones tiene suficiente energía como para provocar la ruptura espontánea de la supersimetría. Varios expertos opinan que al sgoldstino seguiría el descubrimiento de otras nuevas partículas.

El Gran colisionador de hadrones es un acelerador y colisionador de partículas ubicado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), cerca de Ginebra. Colisiona haces de protones para probar los límites del modelo estándar (el marco teórico de la física de partículas)

Rumores o realidad

Un rumor que ha estado circulando en las redes sociales y blogs desde hace varios días dice que tanto los detectores CMS y ATLAS en el LHC han visto un exceso inesperado de pares de fotones, que juntos suman alrededor de 750 gigaelectronvoltios (GeV) de energía, en los restos de sus colisiones protón-protón. Esto podría ser un signo revelador de una nueva partícula —también un bosón, pero no necesariamente similar a la de Higgs— descintegrándose en dos fotones de energía equivalente. Si es así, la partícula tiene alrededor de cuatro veces más masa que la partícula más pesada descubierta hasta el momento, el quark top, y seis veces más masiva que el bosón de Higgs.

En sus conversaciones en el CERN —el laboratorio que aloja el LHC— los portavoces de los dos experimentos se turnaron en levantar resultados de los experimentos de mayor energía, ‘Corrida 2’, que comenzaron en junio y fueron suspendidos a principios de noviembre. Ambos oradores dejaron estos resultados de los pares de fotones para el final de sus charlas.

Un bache intrigante

En ambos casos, las significancias estadísticas fueron muy bajas. Marumi Kado, del Acelerador Lineal de laboratorio en la Universidad de París-Sur, dijo que su experimento ATLAS había detectado alrededor de 40 pares de fotones más que lo que se habría esperado de las predicciones del modelo estándar de la física de partículas. Jim Olsen de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey informó que el CMS observó más que diez.

«Es un poco intrigante», dice el portavoz de ATLAS Dave Charlton de la Universidad de Birmingham, Reino Unido. «Pero puede suceder por casualidad.»

En la física de partículas, se dan todo el tiempo sacudones estadísticos como este. Si esta resultase ser una partícula real, sería «un cambio de juego total», dice Gian Francesco Giudice, un teórico del CERN que no es miembro ni del ATLAS ni del CMS. Los experimentadores han pasado décadas validando el modelo estándar, y el bosón de Higgs era la última pieza que faltaba en ese panorama. Una partícula mucho más pesada abriría un nuevo capítulo entero en el campo, dijo. «El bosón de Higgs palidece en comparación, en términos de novedad».

LHC 2.0: Una nueva visión del Universo

El portavoz de CMS Tiziano Camporesi dice que su equipo no sabe qué hacer con los datos. El sacudón apareció mientras el equipo estaba buscando una partícula no relacionada, llamado gravitón.

Maxim Perelstein, un físico teórico de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, dice que aunque el bosón de 750 GeV no sea una de las partículas que los físicos del LHC han estado buscando, los teóricos no necesariamente la consideran como exótica. Podría ser, por ejemplo, una partícula similar al Higgs, sólo que más pesada, dice. «Yo no lo consideraría una gran sorpresa si esto resulta ser real.»

Déficit en la supersimetría

Mientras tanto, las búsquedas de partículas predichas por la supersimetría, la extensión favorita de los físicos del modelo estándar, siguen con las manos vacías. Para el físico teórico Michael Peskin del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC en Menlo Park, California, la parte más relevante de las conversaciones se refieren a la imposibilidad de encontrar una partícula supersimétrica llamado gluino en el rango de masas hasta 1.600 GeV (mucho más lejos que el límite de la corrida 1, de 1300 -GeV). Esto empuja a la supersimetría más cerca del punto en el que muchos físicos podrían renunciar a ella, dice Peskin.

En cuanto a los pares de fotones, Camporesi dice que en 2016 el LHC debería establecer de manera concluyente si el sacudón no fue más que otro sacudón, o es evidencia de una nueva partícula. Será una prioridad para la próxima ronda de toma de datos, que comenzará en marzo, dice. «Si hay un fenómeno natural real detrás de estas fluctuaciones, lo sabremos.»

Charlton está de acuerdo. «Esperamos alrededor de diez veces más datos el próximo año, lo que debería ayudar a resolver esta pregunta; pero es bastante probable que salten otras nuevas».

Fuente: Varios medios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Era una predicción clave del Modelo Estándar. Se trata de una glueball («bola de gluones»), una partícula exótica compuesta en su totalidad de gluones, las partículas «pegajosos» que mantienen unidas las partículas nucleares

Los científicos de la TU Wien (Viena) han calculado que el mesón f0(1710) podría ser una partícula muy especial: la largamente codiciada glueball, o «bola de gluones», una partícula compuesta de fuerza pura. La predicción de que existen glueballs es uno de los más importantes del Modelo Estándar de la física de partículas que no ha sido confirmada aún experimentalmente.

Durante décadas, los científicos han estado buscando las llamadas «glueballs». Ahora parece que la han encontrado, por fin. Una glueball es una partícula exótica, compuesta en su totalidad por gluones, que mantienen juntas las partículas del núcleo atómico. Las glueballs son inestables y sólo pueden ser detectadas indirectamente, analizando su desintegración. Este proceso de desintegración, sin embargo, todavía no se entiende del todo.

El profesor Anton Rebhan y Frederic Brünner de TU Wien (Viena) han empleado un nuevo enfoque teórico para calcular cómo podría ser la desintegración de la glueball. Sus resultados concuerdan muy bien con los datos de los experimentos con aceleradores de partículas. Esta es una fuerte evidencia de que la resonancia llamada «f0 (1710)» que se ha encontrado en varios experimentos es, de hecho, la glueball largamente buscada. Se cree que habrá otros resultados experimentales en los próximos meses.

Los protones y los neutrones se componen de partículas elementales más pequeñas llamadas quarks. Estos quarks están unidos por la fuerza nuclear fuerte. «En la física de partículas, cada fuerza está mediada por un tipo especial de partículas de fuerza, y la partícula de fuerza de fuerza nuclear fuerte es el gluón«, dice Anton Rebhan (TU Wien).

Los gluones se pueden considerar como versiones más complicadas del fotón. Los fotones sin masa son responsables de las fuerzas del electromagnetismo, mientras que ocho tipos diferentes de gluones desempeñan un papel similar para la fuerza nuclear fuerte. Sin embargo, hay una diferencia importante: los gluones mismos están sujetos a su propia fuerza, los fotones no. Es por ello que no hay estados ligados de fotones, pero una partícula que se compone sólo de gluones consolidados, de fuerza nuclear pura, es de hecho posible.

En 1972, poco después de que se formuló la teoría de los quarks y los gluones, la físicos Murray Gell-Mann y Harald Fritsch especularon sobre posibles estados ligados de gluones puros (originalmente llamados «gluonium», hoy en día se utiliza el término «glueball»).

En experimentos con aceleradores de partículas se han encontrado varias partículas que se consideran candidatas viables para ser glueballs, pero nunca se produjo el consenso científico sobre si una de estas señales podría ser en realidad la misteriosa partícula hecha de fuerza pura. En lugar de una glueball, las señales que se encuentran en los experimentos también podría ser una combinación de quarks y antiquarks. Las glueballs son demasiado efímeras para detectarlas directamente. Si existen, tienen que ser identificadas estudiando su desintegración.

«Desafortunadamente, el patrón de desintegración de las glueballs no se puede calcular con exactitud», dice Anton Rebhan. Los cálculos de modelos simplificados han demostrado que hay dos candidatas realistas para las glueballs: los mesones llamados f0(1500) y f0(1710). Durante mucho tiempo, el primero fue considerado como el candidato más prometedor. Tiene una masa superior, lo que concuerda mejor con las simulaciones por ordenador, pero cuando se descompone, produce muchos quarks pesados (los llamados «quarks extraños«). Para muchos científicos de partículas, esto parecía inverosímil, porque las interacciones entre gluones no suelen diferenciar entre quarks más pesados y ligeros.

Anton Rebhan y su estudiante de doctorado Frederic Brünner han dado ahora un gran paso adelante en la solución de este rompecabezas, intentando una concepción diferente. Hay conexiones fundamentales entre las teorías cuánticas que describen el comportamiento de las partículas en nuestro mundo tridimensional y ciertos tipos de teorías de gravitación en espacios de dimensiones superiores. Esto significa que ciertos interrograntes de los físicos cuánticos pueden ser contestados utilizando herramientas de la física gravitacional.

«Nuestros cálculos muestran que sí es posible que las glueballs se desintegren predominantemente en quarks extraños», dice Anton Rebhan. Sorprendentemente, el patrón de desintegación calculado en dos partículas más ligeras acuerda muy bien con el patrón de desintegración medido para f0(1710). Además de eso, son posibles otras desintegraciones en más de dos partículas. También se han calculado sus tasas de desintegración.

Hasta ahora no se han medido estas desintegraciones alternativas de las glueball, pero se espera que en los próximos meses los dos experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN (TOTEM y LHCb), y uno de los experimentos del acelerador en Pekín (BESIII), produzcan nuevos datos.

 

 

«Estos resultados serán cruciales para nuestra teoría», dice Anton Rebhan. «Para estos procesos de múltiples partículas, nuestra teoría predice tasas de desintegración muy diferentes de las predicciones de otros modelos, más simples. Si las mediciones resultan de acuerdo con nuestros cálculos, este será un éxito notable para nuestro enfoque».

La evidencia de que f0(1710) es una glueball sería abrumadora. Y además de eso, una vez más, mostraría que la gravitación en espacios de dimensiones superiores se puede utilizar para responder a las preguntas de la física de partículas, de una manera que sería un gran éxito más de la teoría de Einstein de la relatividad general, que cumple 100 años el próximo mes.

Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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