Posible hallazgo de una partícula subatómica desconocida en el Tevatron

Experimentos realizados en el acelerador de partículas del Fermilab de Chicago sugieren la existencia de una nueva y desconocida partícula subatómica, no predicha por las leyes fundamentales de la física. La confirmación de este hallazgo podría suponer que haya una quinta fuerza fundamental en la naturaleza, además de las cuatro fuerzas ya establecidas (la interacción nuclear débil y la interacción nuclear fuerte, el electromagnetismo y la gravedad), afirman los investigadores. Por otro lado, los científicos señalan que la partícula encontrada no es el bosón de Higgs o “partícula divina”, una misteriosa partícula subatómica perseguida desde hace años por los físicos.

xperimentos realizados en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) de Chicago, laboratorio de física de partículas que contiene el acelerador de partículas Tevatron, han producido unos resultados que indican la existencia de una nueva y desconocida partícula subatómica, no predicha por las leyes fundamentales de la física.

Los físicos del Fermilab, entre los que se encuentran Pierluigi Catastini y Alberto Annovi, dedujeron la existencia de dicha partícula a partir de un pico o exceso de eventos de colisión entre partículas en el Tevatron. Las colisiones en el acelerador de partículas se produjeron entre protones y antiprotones.

Estos choques generan siempre un bosón W (partícula mediadora de la interacción nuclear débil ) y dos jets hadrónicos o chorros de hadrones (que son partículas subatómicas que experimentan la interacción nuclear fuerte ).

La novedad encontrada radica en que el pico de eventos de colisión se produjo en una región de masa en la que no se esperaba, publica el Fermilab en un comunicado. Dicho pico fue del mismo tipo que se suele asociar a la presencia de otras partículas subatómicas.

Registro en el CDF

Los datos sobre el exceso de colisiones fueron registrados por el Collider Detector (CDF), uno de los dos detectores del Tevatron, afirma Dan Hooper, un físico del Fermilab no implicado en la presente investigación, en declaraciones para la BBC.

El Tevatron acelera protones y antiprotones a una velocidad cercana a la de la luz y los hace colisionar de frente en el detector CDF. De esta forma, el CDF puede analizar los productos de dichas colisiones, y revelar cómo la materia se concreta y qué fuerzas producen la realidad física que nos rodea.

Hooper señala que futuros experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de Ginebra podrían confirmar o refutar el descubrimiento realizado por el CDF. El grado de fiabilidad de los resultados obtenidos en el Tevatron es de 3.2 sigma (menos de una entre 1.375 posibilidades de que el efecto registrado sea fruto de una fluctuación estadística). En física, se considera que un descubrimiento tiene que tener un grado de fiabilidad de 5.0 sigma.

De constatarse en otros experimentos la existencia de la nueva partícula, ésta no estaría contenida en las predicciones del Modelo estándar de física de partículas, que es la teoría que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales que se producen entre las partículas elementales que componen toda la materia.

Estas fuerzas son la interacción nuclear fuerte, la interacción nuclear débil, la interacción electromagnética y la interacción gravitatoria.

Otras implicaciones

Por otro lado, la futura constatación implicaría que existe un nuevo tipo de fuerza o interacción relacionada con las colisiones subatómicas, hasta ahora desconocida. Si hubiera una quinta fuerza fundamental en la naturaleza, habría que reescribir los libros de texto, afirma Hooper.

Curiosamente, diversos modelos propuestos en los últimos años habían postulado la existencia de nuevas interacciones fundamentales, más allá de las determinadas hasta ahora, y que podrían generar un exceso de colisiones similar al registrado por el CDF.

Por último, de confirmarse el descubrimiento, los físicos se verían obligados a reconsiderar la teoría utilizada para predecir el espectro de fondo. Esta teoría está basada en los procesos físicos estándar establecidos para explicar el comportamiento de las partículas.

La situación tendría importantes implicaciones porque en los cálculos empleados para la medición del espectro de fondo se aplican herramientas teóricas generalmente consideradas fiables y bien comprendidas, que conforman la base de muchas otras predicciones de la física de partículas.

Cuestionar dichas herramientas requeriría del desafío de la comprensión de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, que son el fundamento de la física de partículas actual.

No se trata del bosón de Higgs

Dada la naturaleza del pico de colisiones registrado, los científicos han descartado la posibilidad de que el exceso observado haya sido ocasionado por el bosón de Higgs.

Esta partícula subatómica, misteriosa y evasiva, está siendo buscada por los científicos del Tevatron y del LHC, porque se piensa que permea todo el universo y da masa al resto de las partículas subatómicas, incluyéndose a sí misma.

Los físicos creen que poder definir la masa y la posición del bosón de Higgs, al que se ha dado en llamar la “partícula divina”, supondría un logro científico sin precedentes que supondría hallar la clave perdida del Modelo Estándar de la física de partículas actual.

Sin embargo, según los investigadores, está claro que el pico de colisiones registrado no tiene relación alguna con el bosón de Higgs. Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en arxiv.org.

Fuente: Tendencias21

El LHC obtiene resultados espectaculares

En menos de un mes de funcionamiento, el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) ha obtenido resultados espectaculares, entre otros la detección de partículas como el bosón W, una de las responsables de la interacción débil en la naturaleza. Los científicos prevén confirmar asimismo la existencia de partículas supersimétricas, con lo que se “podría dar una explicación a la materia oscura”, que compone alrededor de un cuarto del Universo

Los físicos de partículas de todo el mundo están viviendo momentos emocionantes. El LHC (Gran Colisionador de Hadrones) ha alcanzado la energía más alta jamás lograda hasta el momento para colisionar artificialmente haces de partículas, lo cual augura importantes descubrimientos.

El británico Nick Ellis, responsable de la selección de datos de ATLAS (uno de los cuatro experimentos del LHC) avanzó la semana pasada en Valencia los primeros resultados obtenidos y las perspectivas de nuevos hallazgos científicos.

El científico reveló que, en menos de un mes de funcionamiento, ya se han detectado partículas como el bosón W, una de las responsables de la interacción débil en la naturaleza cuyo descubrimiento requirió meses de análisis en experimentos anteriores.

Ellis fue invitado a participar en uno de los coloquios que organiza el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, centro mixto del CSIC y la Universitat de València), que junto al Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CNM-IMB-CSIC), el Institut de Fisica d’Altas Energies (IFAE, consorcio entre la Generalitat de Catalunya y la Universitat Autònoma de Barcelona) y la Universidad Autónoma de Madrid ha participado en la construcción de detectores y el análisis de datos de ATLAS.

Según Ellis, tras el accidente con el helio superfluido en 2008 ya superado, los científicos están gratamente sorprendidos por la respuesta del acelerador ya que, en el poco tiempo (desde el pasado 30 de marzo) que lleva funcionando a una energía de colisión de 7 TeV (1 Teraelectronvoltio = un billón de electronvoltios), “se han podido detectar bosones W”.

El bosón W es una de las partículas responsables de la interacción débil (una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza) cuyo descubrimiento constituyó uno de los mayores éxitos en los años 80 del CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas, organismo que gestiona el LHC), y supuso el Nobel de Física a Carlo Rubbia y Simon van der Meer tras un prolongado análisis.

Partículas supersimétricas

Ahora bien, al operar a niveles de energía mucho más elevados, el LHC ha sido capaz de reproducir estos resultados en menos de un mes de funcionamiento. A partir de estos “espectaculares resultados”, los científicos son “tremendamente optimistas previendo poder llevar a cabo fascinantes descubrimientos en el LHC”, aseguró Ellis. En los dos años que se mantendrá operando a la energía actual, los investigadores de ATLAS esperan obtener datos que confirmen la existencia de partículas supersimétricas, con lo que se “podría dar una explicación a la materia oscura”, que compone alrededor de un cuarto del Universo.

Sin embargo, según Ellis, “a pesar de tan prometedor comienzo, el (bosón de) Higgs será muy difícil de observar a estas energías”, por lo que los científicos previsiblemente deberán esperar hasta que el LHC alcance la energía final para la cual está diseñado, 14 TeV (7 TeV por haz de partículas), algo que ocurrirá probablemente en 2013. El bosón de Higgs es, según la teoría, el responsable de conferir masa al resto de partículas, aunque su existencia no haya sido todavía comprobada experimentalmente. Pero, además del Higgs, los científicos confían en detectar nuevas partículas o, incluso nuevas dimensiones espaciales, algo “fundamental para unificar la gravedad con el resto de fuerzas”, remarcó Ellis

Más allá del modelo estándar

Y es que el LHC “es una máquina para descubrir”, para abrir nuevas puertas más allá del modelo estándar, el paradigma actual que describe las interacciones entre las partículas fundamentales conocidas. “Esta teoría funciona bien a una determinado escala de energía, pero cuando ésta se incrementa, ya no es consistente”, manifestó el físico británico. Por eso, el LHC es el instrumento adecuado para “buscar algo diferente de lo que está escrito en los libros de física actuales”, exigiendo para ello una mentalidad abierta por parte de los científicos.

En esta búsqueda de lo desconocido el sistema de selección de datos (denominado Trigger) juega un papel fundamental. Entre la enorme cantidad de datos resultantes de las colisiones (según Ellis, los procedentes de un solo detector de ATLAS suponen un volumen similar al del tráfico diario de comunicaciones telefónicas en todo el mundo), se seleccionan sólo aquellos que pueden revelar nuevos fenómenos. Como responsable del Trigger de ATLAS, Ellis reconoció que su desarrollo es específico para estos experimentos, aunque el trabajo en este sistema de toma de decisiones ultrarrápido es un “magnífico entrenamiento” para estudiantes que posteriormente desarrollarán su carrera en el campo de la Electrónica o la Computación.

En cuanto a la participación española en el LHC, que se coordina a través del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN, Consolider 2010), Ellis la consideró “extremadamente positiva”. Además de los centros participantes en ATLAS, en CMS participan el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria) la Universidad de Oviedo y la Autónoma de Madrid. En LHCb, participan la Universitat de Barcelona (UB), la Universitat Ramon Llull (URL) y el Instituto Galego de Física de Altas Enerxias (IGFAE, Universidad de Santiago de Compostela), centro que, junto al CIEMAT, participa también en ALICE. España dispone además de un Puerto de Información Científica (PIC) del sistema de computación GRID, un consorcio formado por la Generalitat de Catalunya, el CIEMAT, la Universitat Autònoma de Barcelona y el IFAE.

Fuente: tendencias21

Sorprendente hallazgo de antimateria extraña en el RHIC de Nueva York

Un equipo internacional de científicos que estudia las colisiones a altos niveles de energía de iones en el acelerador de partículas del Brookhaven National Laboratory, de Nueva York, ha descubierto el antinúcleo atómico de antimateria más masivo encontrado hasta la fecha. Según los investigadores, este hallazgo podría tener consecuencias sin precedentes para la comprensión del universo, pues modificaría el mapa de los núcleos atómicos de los diversos elementos, y también ayudaría a comprender el desarrollo del universo de un estadio inicial de equilibrio entre la antimateria y la materia, hasta el estado actual, en el que la antimateria parece mayormente ausente.

Un equipo internacional de científicos que estudia las colisiones a altos niveles de energía de iones de oro en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) afirma haber encontrado evidencias del antinúcleo atómico más masivo descubierto hasta la fecha .

El RHIC es un acelerador de partículas subatómicas de una circunferencia de casi cuatro kilómetros perteneciente al Brookhaven National Laboratory, de Nueva York.

El antinúcleo encontrado es un estado negativamente cargado de antimateria, que es la materia compuesta por antipartículas, o partículas con carga opuesta a sus contrarias.

Este antinúcleo contiene así un antiprotón, un antineutrón y una partícula anti-Lambda, que son partículas subatómicas opuestas al protón, al neutrón y a la partícula Lambda en lo que a carga se refiere.

Consecuencias sin precedentes

Por otro lado, este antinúcleo también sería el primer antinúcleo hallado que contiene un antiquark extraño, informa el Brookhaven National Laboratory en un comunicado.

Las raras características de este hallazgo experimental podrían tener consecuencias sin precedentes para nuestra visión del mundo, explica el físico teórico Horst Stoecker, vicepresidente de la Asociación Helmholtz de Laboratorios Nacionales de Alemania.

Stoeker afirma que la antimateria encontrada abre la puerta a nuevas dimensiones del mapa nuclear (diagrama que describe las características de los núcleos atómicos de los diversos elementos), una idea que hace sólo unos años habría sido considerada imposible.

Por otra parte, este descubrimiento podría ayudar a dilucidar modelos de estrellas de neutrones y también posibilitar la exploración de asimetrías fundamentales en el universo, cuando éste se encontraba en sus estadios iniciales.

Modificación de la tabla periódica 3D

Todos los núcleos atómicos terrestres están formados por protones y neutrones, partículas que a su vez contienen sólo quarks abajo y quarks arriba (los quarks son, junto con los leptones, los constituyentes fundamentales de la materia y las partículas más pequeñas que el hombre ha logrado identificar).

La Tabla Periódica de los Elementos, que es la que se estudia en la escuela, está organizada en función del número de protones de cada núcleo atómico. Esta tabla es la que clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características.
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Pero los físicos emplean un mapa de los elementos aún más complejo y tridimensional, que incluye no sólo la información sobre el número de protones de cada núcleo atómico, sino también la información sobre el número de neutrones de cada elemento, que puede variar en diversos isótopos.

Además, este mapa en tres dimensiones incluye un número cuántico conocido como “extrañeza”, y que depende de la presencia de un tipo de quarks llamados “extraño” en los núcleos. Los núcleos atómicos que contienen uno o más de estos quarks son conocidos como hipernúcleos.

Para la materia ordinaria, que no posee quarks extraños, el valor de la extrañeza es cero y su mapa es plano. Los hipernúcleos, en cambio, se reflejan en el mapa tridimensional sobresaliendo de éste, por arriba.

El descubrimiento reciente realizado en el (RHIC), de antimateria extraña con un antiquark extraño (un antihipernúcleo), representaría la primera extensión en tres dimensiones a partir del plano del mapa, pero hacia abajo de éste.

Implicaciones del hallazgo

El hallazgo del RHIC tendría diversas consecuencias para la ciencia. Por ejemplo, los científicos afirman que la constatación de la existencia del antihipernúcleo tendría implicaciones para la comprensión de la estructura de los agujeros negros o estrellas colapsadas.

Según Jinhui Chen, otro de los autores de la investigación, las mediciones actuales del RHIC ayudarán a distinguir entre modelos que describen los estados exóticos de la materia presentes en este tipo de eventos estelares, que se producen cuando las estrellas colapsan bajo su propia atracción gravitacional.

El descubrimiento abre, asimismo, las puertas a la exploración de la violación de simetrías fundamentales entre la materia y la antimateria, producidas al inicio de nuestro universo, y que hicieron posible la existencia de nuestro mundo.

Las colisiones en el RHIC reproducen de manera fugaz las condiciones que existieron unos pocos microsegundos después del Big Bang, la gran explosión que se cree dio origen a nuestro universo hace 13,7 mil millones de años.

Tras el Big Bang y en las colisiones núcleo-núcleo provocadas en el RHIC emergieron con igual abundancia quarks y antiquarks. Tras las colisiones del RHIC, en los fragmentos que sobreviven hasta el estado final, la cantidad de materia y de antimateria es casi igual de abundante. Por el contrario, la antimateria parece estar mayormente ausente en el universo actual.

Comprender cómo y por qué hay una predominancia de la materia sobre la antimateria en el presente es uno de las cuestiones principales sin resolver de la física, explican los investigadores. Su solución requerirá de las mediciones que se puedan realizar a las desviaciones sutiles en la simetría perfecta inicial entre materia y antimateria, y que podrían realizarse en el RHIC.

Fuente: Tendencias21.net