El mundo de la física de partículas hay mucho alboroto de noticias sobre que investigadores del único laboratorio de física de partículas de los Estados Unidos han observado una extraña partícula distinta a cualquiera vista antes. Las promesas son tan tentadoras que ha logrado cobertura del New York Times. Sin embargo, los experimentadores que realizaron las medidas advierten que la supuesta señal podría ser producto de imprecisiones no identificadas en su modelado del increíblemente complejo detector de partículas. Los físicos también tendrían problemas para explicar cómo pasaron por alto anteriormente esta partícula.
“Estoy algo sorprendido de que [el New York Times] escribiese sobre ello; deben haber sido días de pocas noticias”, dice Robert Roser, co-portavoz del equipo de 500 miembros que trabajan en el detector de partículas CDF en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab) en Batavia, Illinois, que realizó la observación. Aún así, dice, es posible que los científicos hayan observado una nueva partícula.
Tevatron
El resultado procede del análisis de CDF de miles de millones de colisiones de protones y antiprotones producidos en el colisionador Tevatron del Fermilab. De acuerdo con la Teoría de la Relatividad de Einstein, energía es igual a masa, por lo que esas colisiones de alta energía pueden lanzar a la existencia a partículas subatómicas masivas no vistas en nuestro mundo cotidiano. Los físicos intentan entonces identificar esas partículas estudiando las combinaciones de partículas más familiares en las que decaen.
En este caso, los experimentadores buscaron colisiones que producían una partícula llamada bosón W, que pesa aproximadamente 87 veces más que un protón, y alguna otra partícula que se desintegra en dos dispersiones de partículas conocidas como “chorros”. Un chorro surge cuando una colisión da paso a una partícula conocida como quark. Un quark no puede existir por sí mismo, debe estar ligado a otros quarks o a un antiquark. Por lo que el quark energético rápidamente rasga más quarks y antiquarks del vacío, e instantáneamente forma partículas llamadas mesones, cada una conteniendo un quark y un antiquark. A partir de las energías y momento de estos dos chorros, los investigadores pueden inferir la masa de la partícula que las produjo.
Buceando a través de sus datos, los investigadores de CDF vieron unos 250 eventos en los cuales los chorros parecían proceder de una partícula con una masa de 160 veces la del protón, según informó el equipo en un artículo publicado ayer en el servidor de ArXiv y en una charla hoy en Fermilab. Los investigadores estiman que las posibilidades estadísticas de que chorros aleatorios o pares de chorros de otras fuentes estén produciendo una señal falsa tan fuerte son de una entre 1300. “Hay mucho ruido ahí dentro”, dice Joseph Lykken, teórico del Fermilab que no estuvo implicado en el trabajo. “He recibido muchas preguntas a ese respecto”.
Entonces, ¿es algo seguro? No mucho, dice Lykken. El análisis depende de forma crítica de la comprensión de los chorros por parte de los físicos, y los chorros son cosas muy complejas. Por ejemplo, todo el estudio surgió de un esfuerzo por observar eventos que producen dos bosones W y uno de los bosones produce un par de chorros. Por lo que los investigadores deben estar absolutamente seguros de que no han confundido esos dos eventos W con los que contienen una nueva partícula. “La verdadera cuestión es cómo de bien comprendemos el [trasfondo], no sólo teóricamente, sino en términos de cómo aparecerá en el detector”, dice Lykken.
Para haber escapado a su detección hasta el momento, la nueva partícula tendría que tener algunas propiedades bastante extrañas. Por ejemplo, los investigadores de CDF están buscando el bosón de Higgs, la clave para que los físicos comprendan la masa, observando eventos en los que se producen junto con un bosón W y luego decae en dos chorros específicamente disparados por partículas conocidas como quarks bottom. Estos análisis más refinados no han visto la hipotética nueva partícula, por lo que, por alguna razón, no deben decaer en quarks bottom. De forma similar, la partícula hipotética recuerda al bosón W más ligero en su capacidad para decaer en dos chorros. Sin embargo, aparentemente no decaen en las otras formas que lo hace un bosón W, o habría sido observado hace mucho.
Aún así, los físicos dicen que no hay razón para pensar que todo un nuevo tipo de partículas no tenga propiedades extrañas, señala Lykken. Y esperan que se confirme o descarte la supuesta señal en poco tiempo. Esto se debe a que los experimentadores de CDF pronto analizarán la otra mitad de los datos recopilados hasta el momento. También llegarán más pruebas del otro gran detector de partículas del Tevatron, D0, el cual ha generado un conjunto de datos brutos tan grande como el de CDF. Si la partícula realmente está ahí, D0 debería verla también. Si la señal es un artefacto de la forma en la que CDF analiza los chorros, entonces probablemente D0 no vería nada. “Comprendemos que todo el mundo no está observando”, dice Dmitri Denisov, físico del Fermilab y co-portavoz del equipo D0. “Esperamos que en pocas semanas vuelvas a oír hablar de nosotros”.
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