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La batalla por el peso de la partícula difícil de detectar se está intensificando. ¿Lo que está en riesgo? Solo la teoría líder que describe toda la materia conocida en el universo.
El recálculo de la masa de una partícula elemental, el bosón W, ha aumentado la tensión entre las mediciones en experimentos competitivos en el colisionador de partículas. El resultado final podría respaldar el modelo estándar de física de partículas, que describe las fuerzas fundamentales y los bits cuánticos que componen todo lo que vemos en el espacio. O puede revelar signos de una falla en el modelo estándar, según la respuesta del laboratorio que prevalezca.
Un nuevo análisis de datos antiguos del experimento ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones da la masa del bosón W es de aproximadamente 80.360 millones de electronvoltios, o MeV. Los investigadores del CERN en Ginebra informaron las mediciones el 23 de marzo en la conferencia Rencontres de Moriond en La Thuile, Italia. El valor revisado está en estrecho acuerdo con las predicciones del modelo estándar.
También cuenta con menos incertidumbre del análisis anterior de los datos de los investigadores, que informaron en 2018, lo que aumenta su confianza en que obtuvieron la masa correcta.
Pero la masa renovada diverge con otro grupo. En 2022, los científicos del Detector Collider de Fermilab, o experimento CDF, sorprendieron a la comunidad física con una medición de 80,434 MeV, aproximadamente 100 MeV más pesado de lo esperado (SN: 7/4/22). Si el informe de CDF es correcto, significa que algo anda mal con el modelo estándar, que se ha mantenido a pesar de todos los desafíos experimentales que se le han presentado durante los últimos 50 años.
El bosón W es responsable de la fuerza débil, una de las tres fuerzas fundamentales en el Modelo Estándar (SN: 5/2/83). Y “es la única masa de una partícula en el Modelo Estándar que se puede calcular”, dice el físico teórico Sven Heinemeier del Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Alemania. Es decir, la teoría del modelo estándar da una masa específica para el bosón W, mientras que las masas de otras partículas, como los electrones y los quarks, son datos de entrada y pueden tener, en lo que respecta a la teoría, cualquier valor. Encontrar una masa del bosón W que difiera de las predicciones del modelo estándar mostraría que la teoría actual es incorrecta.
El nuevo análisis de ATLAS ofrece un contrapunto más fuerte a la afirmación de CDF que un análisis previo de los mismos datos de ATLAS. “El nuevo análisis es una confirmación importante de nuestros resultados anteriores”, dice Andreas Hawker, físico del CERN.
El último valor de ATLAS amplía el abismo que separa las mediciones de masa de CDF de la manada de otros estudios. Pero eso no debe verse como una eliminación del problema estándar del modelo CDF, dice Ashutosh Kotwal, físico de la Universidad de Duke, miembro de la colaboración CDF.
“Una mirada a la CDF [announcement of a heavy W boson in 2022] no ha cambiado con el nuevo análisis de ATLAS”, dice Kotwal. Dado que el nuevo análisis se basa en datos que ATLAS ya había publicado en 2017, dice, “es de esperar que ATLAS aún obtenga un valor similar”.
Heinemeyer, que no está afiliado a ATLAS o CDF, ve un cambio en el panorama de masas del bosón W, pero no hay señales de una resolución a la discrepancia.
“Una nueva medición no es suficiente”, dice Heinemeyer. “Si cada vez salieran más y más mediciones de ATLAS y [other experiments]y todos estarían en el mismo campo, en algún momento la comunidad decidiría que CDF había hecho algo mal”.
La próxima palabra sobre la masa del bosón W probablemente provendrá del ATLAS en curso y otros experimentos en el CERN. El experimento CDF se cerró en 2011, por lo que no contribuirá a una mayor discusión.
Mientras tanto, los investigadores esperan escudriñar los análisis de los demás en busca de pistas que puedan ayudar a explicar las discrepancias en las mediciones de masa del bosón W. “El documento CDF de abril de 2022 incluye una serie de controles cruzados sobre la metodología CDF y es transparente”, dice Kotwal. “Espero con interés una discusión detallada de la metodología ATLAS”.
En última instancia, el conflicto puede revelar una nueva grieta en el modelo estándar. O podría resultar ser otro ejemplo de una de las teorías más exitosas de la historia.