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El bosón W, una de las partículas elementales, no es como se pensaba: las mediciones más precisas revelan que es más pesada de lo estimado en el Modelo Estándar de la Física, lo que podría implicar que éste no es realmente válido y hace falta ampliarlo, posiblemente con nuevas partículas e interacciones.

El próximo julio se cumplirán 10 años de uno de los descubrimientos más importantes de la física, el hallazgo del bosón de Higgs. La elusiva partícula cuya existencia predijo Peter Higgs cuatro décadas antes era la única que quedaba por demostrar experimentalmente para completar el llamado Modelo Estándar de la Física, la teoría que describe la naturaleza en su nivel más fundamental al explicar la composición de la materia.

Pero los científicos no han parado de hacer experimentos en los grandes aceleradores para intentar descubrir nuevas partículas y retar al Modelo Estándar.

Y se están llevando sorpresas incluso con partículas que se pensaba que eran bien conocidas, como la que fue publicado por un equipo en la revista Science.

El protagonista de esta investigación es el bosón W, una partícula elemental que había sido estudiada en profundidad en colisionadores de partículas como el LEP (ya desmantelado) o el LHC del CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas.

Es una de las partículas del universo más pesadas que se conocen y tiene una masa que es unas 80 veces superior a la del protón. Ahora, al someterla a unas mediciones el doble de precisas de las realizadas anteriormente, el equipo internacional que conforma la colaboración CDF (siglas del Detector Colisionador del laboratorio Fermilab, en Chicago,) ha visto que parece ser más pesada de lo que establecía el Modelo Estándar.

La última medición del bosón W agita la teoría más importante en física de  partículas

Un gran equipo de científicos

Un total de 400 científicos de 23 países -entre ellos físicos españoles del CIEMAT y del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC)- han participado en la toma de datos y en los análisis que han requerido casi dos décadas de trabajo.

Si se confirman sus sorprendentes resultados, sobre el bosón W. Las repercusiones en el mundo de la física podrían ser significativas y variadas. Podría suponer la constatación de que el Modelo Estándar tiene que mejorarse o expandirse, como se había sugerido ya por los resultados con experimentos con otras partículas, nuevos fenómenos distintos a los que indica esa gran teoría y, en definitiva, una física más allá de ese Modelo Estándar.

«Que la masa del bosón W resulte ser realmente inconsistente con las estimaciones indirectas dentro del Modelo Estándar significaría que éste no es realmente válido, y debería ser por tanto extendido mediante una nueva teoría, posiblemente con la existencia de nuevas partículas o interacciones.

Pero las medidas actuales, incluyendo la recién publicada, poseen incertidumbres sistemáticas que son complicadas de interpretar», señala a este diario Juan Alcaraz, profesor de Investigación de la Unidad CIEMAT-Física de Partículas y miembro de la colaboración CMS, sin vinculación con este trabajo.

«Es una nueva medición usando los datos del experimento CDF yel resultado es tan preciso, el doble de la mejor medición realizada anteriormente, que no concuerda con lo que se obtiene con el cálculo a partir del Modelo Estándar, que también es un valor muy preciso», explica Óscar González, miembro de las colaboraciones CDF y CMS y científico titular de CIEMAT.

«El valor en sí no es mucho mayor de lo obtenido en algunas de las medidas anteriores, pero la precisión de las mismas no destacaban tanto sudiferencia con el cálculo teórico», en el  bosón W detalla a través de un correo electrónico.

Desde su punto de vista, estamos ante «un resultado muy importante, ya que el cálculo de la masa en el bosón W se hace dentro de ese modelo y con bastante precisión. Que haya una discrepancia con las medidas experimentales implica que algo en el cálculo no corresponde de forma precisa con la realidad del bosón W».

Nobel en 1984

La existencia del bosón W se teorizó en los años 60 y se confirmó en 1983 -Carlo Rubbia, ex director del CERN, compartió el Nobel de Física al año siguiente junto a Simon van der Meer por sus contribuciones para descubrir el bosón W y Z.

El bosón W (se llama así por weak, débil en inglés) está asociado a la fuerza nuclear débil, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales que dominan el comportamiento de la materia en el universo (las otras tres fuerzas fundamentales son la electromagnética, la gravitatoria y la nuclear fuerte, causante por ejemplo de la energía nuclear). La fuerza nuclear débil es la responsable, por ejemplo, de los procesos que hacen que el Sol brille o de la radiactividad, como ha explicado el IFCA.

«Se puede considerar una de las partículas más estudiadas en el campo. Lo que destaca de la nueva medida de su masa es su precisión comparada con otras medidas anteriores», afirma Oscar González.

Para llegar a estos resultados, en el bosón W los científicos han usado los datos recopilados durante colisiones de partículas de alta energía producidas por el colisionador Tevatron del laboratorio Fermilab, en Chicago, desde 1985 hasta 2011.

Alberto Ruiz, investigador del IFCA, admite que los resultados han sido una sorpresa: «Hasta ahora todas las predicciones y medidas que daba el Modelo Estándar eran compatibles, sin embargo conocemos que el modelo solo explica un 5% del universo, y que no puede ser una teoría ultima», señala. «Sabíamos que el modelo podía fallar y esto, si se verifica por otro experimento, como el Atlas del LHC, es un ejemplo claro de que el Modelo Estándar falla», ha declarado en un comunicado de prensa.

«El valor sorprendentemente alto de la masa del bosón W ofrecido por la colaboración CDF reta directamente un elemento fundamental del corazón del Modelo Estándar.

Donde se pensaba que tanto las predicciones teóricas como las observaciones realizadas estaban firmemente establecidas y se comprendían bien», escriben los físicos Claudio Campagnari, de la Universidad de California, y Martijn Mulders, del CERN, en un artículo también publicado en Science en el que comentan el descubrimiento.

No obstante, estos dos físicos recuerdan que «serán necesarios experimentos adicionales que aporten una confirmación adicional» y parafraseando a Carl Sagan, sostienen que «afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias».

Si otras partículas conocidas se sometieran a las mismas mediciones, ¿podría ocurrir que también resultaran diferentes a lo que se pensaba? «El cálculo teórico para obtener la masa de las partículas depende de los valores que se tienen para otras, lo que hace que haya una jerarquía entre ellas y también diferencias de precisión que se puede obtener en los cálculos», explica González. «En el caso concreto para el bosón W, la ventaja es que se puede calcular con la teoría de forma muy precisa, que es parte de la clave para poder ver diferencias con la medida experimental.

En el caso de otras partículas no se puede hacer con tanta precisión, o incluso, su valor experimental es tan preciso que de hecho se usan como parámetros de ‘entrada’ para hacer los cálculos teóricos, como ocurre con el bosón Z, y ahora con el bosón W».

elmundo.es

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Hector Figuera

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CEO Fundador del portal RCENI Radio Centroamérica Internacional Audiovisualista Temático Antropocentrico especializado en composición.