Los físicos se aproximan cada vez más a la “partícula divina”

Científicos del CDF (Collider Detector del Fermi National Accelarator Laboratory (Fermilab de Chicago (Estados Unidos) acaban de anunciar que han conseguido realizar la medición más precisa hasta ahora lograda en el mundo de la masa de una partícula subatómica, denominada bosón W, gracias a un experimento único.

Este bosón, junto con el bosón Z, ambos descubiertos por el CERN en 1983, es una de las partículas mediadoras de la llamada interacción nuclear débil (una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza), y es también un parámetro clave del llamado Modelo Estándar de la física de partículas.

El Collider Detector del Fermilab alberga el acelerador de partículas más potente del mundo, el Tevatron, capaz de acelerar protones y antiprotones a una velocidad cercana a la de la luz y de hacerlas colisionar de frente en el detector CDF. De esta forma, el CDF puede estudiar los productos de dichas colisiones, en un intento de comprender cómo la materia se concreta y qué fuerzas producen la realidad física que nos rodea.

Masas relacionadas

Según publica el Fermilab en un comunicado, el valor de la masa del bosón W induce a la estimación de que la masa de otro bosón, el bosón de Higgs, aún no descubierto, sería más ligera de lo que antes se había predicho.

La masa del bosón W es de 80,413 +/- 48 MeV/c2, han señalado los científicos con un error de precisión, aseguran, de sólo el 0,06 por ciento. Los cálculos basados en el Modelo estándar de física de partículas relacionan las masas del bosón W y las del quark top, otra partícula descubierta también en el Fermilab en 1995, con la masa del bosón de Higgs.

Es decir, que en el contexto del Modelo estándar de física de partículas la masa del bosón W, la del bosón de Higgs y la de quark top están relacionadas: si se conoce la masa de dos de ellas, se determina automáticamente la tercera.

De esta forma, al medir las masas del quark top (última partícula subatómica descubierta de la familia de seis quarks) y del bosón W con mayor precisión, los físicos pueden definir con mayor exactitud la masa del bosón de Higgs, un dato que es la clave perdida del Modelo Estándar de la física de partículas.

La partícula divina

Según los científicos del Fermilab, la medición precisa de las masas de estas partículas es el logro más importante alcanzado por el Tevatron porque permitiría reducir las probabilidades de dónde se encuentra la evasiva partícula del bosón de Higgs.

Aunque no se ha podido localizar aún, gracias a las nuevas mediciones sí se ha podido restringir el espacio en el que se dan mayores probabilidades de que esté (un 68% de probabilidades), junto a las otras dos masas del bosón W y del top quark. En la imagen, se ve ese espacio determinado por una elipse azul, en intersección con la banda verde.

El físico Mario Toboso aclara al respecto que cuando se habla de la "posición" del bosón de Higgs, se refiere no al espacio normal y corriente, sino al espacio energético, ya que lo que tratan los físicos es de localizar energéticamente al Higgs, conocer sus propiedades energéticas, que son las que van a darnos finalmente su masa.

"Es decir, no se trata de encontrar una localización espacial (¿dónde está el Higgs?), sino la localización del bosón de Higgs dentro de unos márgenes acotados de energía, como lo muestra la figura del artículo, en la que los dos ejes están en unidades de energía y la elipse azul representa valores de energía muy probables para el bosón de Higgs", explica Mario Toboso.

Cada vez más cerca

Como consecuencia del experimento del Fermilab, el bosón de Higgs, por tanto, está cada vez más cerca de dejar de ser una partícula elemental hipotética, cuya existencia predice el Modelo estándar de física de partículas.

Este modelo señala además que Higgs juega un papel fundamental en el entorno subatómico: al parecer, sería un componente del llamado campo de Higgs, que se cree permea todo el universo y da masa al resto de las partículas subatómicas, incluyéndose a sí misma, por lo que ha recibido el sobrenombre de “partícula divina”.

En el año 2000, el CERN afirmó que en uno de los experimentos realizados en su colisionador de partículas, el detector ALEPH había encontrado indicios consistentes del bosón Higgs, pero también señaló que antes de 2009, fecha en que el CERN habrá instalado un colisionador de partículas más potente que el anterior, no podrá certificarse el hallazgo.

Otras asignaturas pendientes

Los científicos del CDF buscan ahora incrementar aún más en nuevos experimentos la precisión de la medición de la masa del bosón W, objetivo que esperan alcanzar en un par de años.

Intentarán detectar algunos bosones W ocultos en el fluido de centenares de otras partículas producidas en las colisiones. Para ello es necesaria una refinada comprensión de todas las reacciones posibles y de sus efectos sobre los detectores, con el fin de sustraer datos importantes.

Con el avance de la potencia de los colisionadores de partículas, hay otras asignaturas pendientes que quedarían por detectar: partículas de materia negra o dimensiones espaciales suplementarias son algunas de ellas.

Los experimentos se centran cada vez más en investigar los fenómenos más raros y desconcertantes que los teóricos ya han predicho.