El bosón W recién medido rompe el modelo estándar de física. He aquí por qué esto es un gran problema

El detector Tevatrons. Crédito: Fermilab.

El modelo estándar de la física de partículas es una teoría que intenta clasificar todas las partículas subatómicas del mundo básicamente como los componentes básicos de la materia, así como las interacciones entre ellos. Este modelo general ha sido útil para los físicos en el pasado, ayudándolos a establecer experimentos novedosos para buscar nuevas partículas. Pero ahora el modelo estándar se encuentra en un aprieto.

Físicos armados con 10 años de mediciones precisas han descubierto que el escurridizo bosón W tiene una masa ligeramente superior a la predicha. La diferencia es mínima, pero en el mundo de la física de partículas, nada se deja al azar. Esto significa que el modelo estándar puede necesitar una revisión masiva.

No es solo que algo esté mal, dijo Dave Toback, físico de partículas de la Universidad Texas A&M y portavoz del Fermi National Accelerator Lab del gobierno de EE. UU., que realizó los experimentos. Si los resultados son replicados por otros laboratorios en otros lugares, significa literalmente que algo fundamental en nuestra comprensión de la naturaleza está mal.

Hay básicamente dos clases principales de partículas fundamentales según el modelo estándar. Hay fermiones como electrones, protones, neutrones y otros leptones y quarks. Estas son las cosas de las que está hecha la materia regular. Luego están los bosones, los fotones y los gluones, los llamados portadores de fuerza porque no forman cosas sino que transmiten fuerzas.

Hay cuatro fuerzas fundamentales en el Universo de las que somos conscientes actualmente: la fuerza fuerte, la fuerza débil, la fuerza electromagnética y la fuerza gravitatoria. Todas estas fuerzas trabajan a diferentes distancias con diferentes intensidades.

Es posible que haya oído hablar del bosón de Higgs, la partícula fundamental asociada con el campo de Higgs, que da masa a otras partículas fundamentales como los electrones y los quarks. Predicho por el modelo estándar durante décadas, el bosón de Higgs fue descubierto recién en 2012 por físicos del CERN con mucha fanfarria.

El bosón W, por otro lado, es la partícula que transmite la fuerza débil que, a pesar del nombre, es solo la segunda fuerza más débil después de la gravedad, que es responsable de ciertos tipos de desintegración radiactiva.

Crédito: Wikimedia Commons.

Durante muchos años, los científicos han estado rompiendo protones y antiprotones en el ahora desaparecido acelerador Tevatron en Fermilab. Aunque Tevatron cerró en 2011, los científicos terminaron recientemente la desafiante tarea de compilar y analizar cuidadosamente todas las medidas de la masa de 4 millones de bosones W, y lo que encontraron fue una gran sorpresa.

Según estas mediciones realizadas por un equipo de más de 400 físicos, la masa del bosón W difiere de la predicha por el Modelo Estándar en un 0,1 %. Eso puede sonar como un error de redondeo, pero en la escala infinitesimal de la física de partículas, esa es una gran diferencia. El modelo estándar sugiere que el bosón W debería medir una masa de 80 357 000 electronvoltios.

Lo encontramos un poco más que eso. No mucho, pero es suficiente, dijo a AP Giorgio Chiarelli, físico del equipo Fermi y director de investigación del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear. Los físicos descubrieron que el bosón W es en realidad más pesado de lo previsto, con 80 433 000 electronvoltios.

Anteriormente, en otro acelerador de partículas, los físicos descubrieron que el bosón W era en realidad más ligero de lo previsto. Por lo tanto, esta gran discrepancia puede deberse simplemente a algo extraño en la configuración de los experimentos. Es por eso que los físicos de Fermi piden nuevos experimentos urgentes.

Pero si los hallazgos se mantienen, el bosón W sobresaldrá como un pulgar dolorido en el modelo estándar, lo que significa que debe cambiarse. El modelo estándar nunca fue perfecto para empezar, por cierto. No tiene en cuenta la materia oscura ni explica la gravedad, por lo que nunca fue un modelo completo. Sabemos con certeza que la materia oscura existe, por ejemplo, debido a los efectos gravitacionales que ejerce sobre las galaxias y otras estructuras cósmicas, por lo que deben existir otras partículas, pero aún no tenemos evidencia que pueda informarnos cómo se verían exactamente estas escurridizas partículas.

Hasta ahora, el Modelo Estándar nos ha servido muy bien. No se ha demostrado que esté equivocado ni una sola vez, pero siempre estuvo claro que no tiene la última palabra porque no explica algunos de los aspectos más misteriosos del universo. El bosón W que no tiene la masa predicha podría significar que hay otra partícula que debe agregarse al modelo estándar para explicar la diferencia.

En otros casos de la vida, los resultados de este experimento podrían considerarse un fracaso. Pero esto es ciencia, y en la ciencia un resultado que se desvía de lo esperado es, de hecho, una oportunidad de crecimiento. Los agujeros de hoy en el Modelo Estándar podrían ayudarlo a ser mucho más robusto y rico mañana. Hasta entonces, los científicos estarán ocupados ideando una nueva prueba para el bosón W.

Los nuevos hallazgos aparecieron en la revista Science.

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