Un equipo de científicos ha logrado revivir la fuerza primitiva que desató el origen del universo: "Empieza una nueva era en la comprensión de la física de partículas"
Los experimentos casi de ciencia ficción que se están llevando a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN han dado un resultado realmente esperanzador para comprender el universo.
Por Darren Orf
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Hoy en día, el universo tal como lo conocemos está gobernado por cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil, el electromagnetismo y la gravedad. Sin embargo, estas cuatro fuerzas no son tan distintas como crees. El electromagnetismo y la fuerza nuclear débil, por ejemplo, alguna vez fueron la misma fuerza: la interacción electrodébil.
Esta fuerza sólo existió en los primeros días del universo (o, deberíamos decir, en las primeras billonésimas de segundo del universo), antes de que el mecanismo de Higgs (también conocido fantásticamente como función del sombrero mexicano, debido a su forma) separara las dos fuerzas. Y aplicó masa a los bosones Z y W. Esos bosones, a su vez, portan la fuerza nuclear débil, que es la responsable de la desintegración radiactiva. La fuerza electrodébil solo existía a temperaturas cercanas a los 1015 Kelvin (aproximadamente 1.800.000.000.000.000 ºF), razón por la cual no se ve mucha acción electrodébil hoy en día.
Sin embargo, hay un lugar en el universo (que conozcamos) donde se puede observar esta fuerza electrodébil y, por suerte para nosotros, resulta ser en Suiza. Utilizando el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, los científicos pueden recrear las condiciones del universo primitivo y observar la fuerza electrodébil en acción al chocar protones.
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Durante una década, los físicos han ido revelando lentamente los secretos de esta fuerza electrodébil, y ahora una colaboración (que incluye a científicos de la Universidad de Rochester) ha logrado las mediciones más precisas hasta el momento de lo que se conoce como ángulo de mezcla electrodébil (θW), que "determina la fuerza relativa de las fuerzas débiles y electromagnéticas, y cómo emergen del mecanismo de Higgs que da masa a las partículas fundamentales", según el CERN. Estas mediciones fueron parte de la colaboración Compact Muon Solenoid (CMS), uno de los detectores del LHC, que mide los eventos cuando un bosón Z se desintegra en leptones (por ejemplo, electrones o muones).
"Las recientes mediciones del ángulo de mezcla electrodébil son increíblemente precisas, se calculan a partir de colisiones de protones en el CERN y fortalecen la comprensión de la física de partículas", dijo Arie Bodek de la Universidad de Rochester en un comunicado de prensa. "Estas nuevas técnicas han anunciado una nueva era de pruebas de precisión de las predicciones del modelo estándar".
Aunque el equipo utilizó datos del LHC “Run 2”, que funcionó de 2016 a 2018, el colisionador no es la máquina perfecta para la ciencia de precisión, según el CERN. Fue diseñado principalmente para generar partículas de “descubrimiento”, que tienden a dejar un trasfondo desordenado a su paso. En cambio, los físicos de partículas prefieren colisionadores electrón-positrón para estudios de precisión.
A pesar de esta limitación, el proceso del equipo de CMS aún proporcionó una física de precisión sin precedentes en relación con el ángulo de mezcla electrodébil. El CERN describe así el proceso:
El análisis comienza seleccionando una fracción adecuada de los eventos recopilados por el CMS durante el “Run 2” del LHC, de 2016 a 2018, cuando la energía de las colisiones protón-protón era de 13 TeV. Luego cuenta el número de veces que el muón o electrón con carga negativa avanza o retrocede con respecto a la dirección del dileptón. Luego se utiliza la llamada asimetría hacia adelante y hacia atrás (la diferencia dividida por la suma) para derivar el ángulo de mezcla electrodébil "efectivo" (θeff, directamente relacionado con θW).
Si bien queda mucho más trabajo por hacer en el LHC (no cesará sus operaciones al menos hasta 2035), los científicos ya están poniendo sus miras en futuras “fábricas de Higgs” que podrían producir, como su nombre indica, bosones de Higgs en un nivel alto. Cuatro posibles candidatos incluyen el futuro colisionador circular del CERN y el colisionador lineal compacto (ambos actualmente son solo conceptos), el colisionador circular de electrones y positrones de China y el colisionador lineal internacional de Japón.
Todas estas máquinas no harán más que mejorar el extraordinario trabajo realizado por el LHC y su plétora de colisiones de alta energía. Tal vez, algún día, conduzcan a alguna Gran Teoría Unificada largamente buscada, considerada por algunos científicos como el “grano sagrado” de la física de partículas.
10/07/2024
DARREN ORF
CONTRIBUTING EDITOR
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Darren lives in Portland, has a cat, and writes/edits about sci-fi and how our world works. You can find his previous stuff at Gizmodo and Paste if you look hard enough.
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