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El experimento en el Gran Colisionador de Hadrones que puede cambiar las leyes que rigen el Universo

Pallab Ghosh - BBC News | Miércoles 24 marzo, 2021


LHCb en 2018
Cern
El Gran Colisionador de Partículas es un laboratorio donde se experimentan con partículas subatómicas.

Los físicos han descubierto una potencial falla en una teoría que explica cómo se comportan los componentes básicos del Universo.

El Modelo Estándar (ME) es actualmente la mejor teoría que sirve para explicar la manera en que funciona el mundo a nuestro alrededor.

Pero también sabemos desde hace algún tiempo que el ME es solo un escalón para una comprensión más completa del cosmos.

Ahora, un aparente comportamiento inexplicable de una partícula subatómica llamada en inglés "beauty quark" o "bottom quark" (quark fondo, en español) ha expuesto las grietas en las bases de esta teoría.

Los hallazgos surgieron de una recolección de datos que hicieron los investigadores que trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), ubicado en las instalaciones de Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés), en Suiza.

El LHC es una estructura gigantesca con forma de túnel circular que está ubicada bajo tierra en la frontera entre Suiza y Francia, por la que viajan partículas de protones, que chocan entre ellas para sondear los límites de la física tal como la conocemos.

El comportamiento misterioso del "beauty quark" que ahora registraron los científicos podría ser el resultado de la intervención de una partícula subatómica no descubierta aún y que podría ser, de acuerdo con los expertos, una "nueva fuerza de la naturaleza".

Pero los físicos que entregaron los datos también señalaron que necesitan más información para confirmar los resultados.

"En realidad estábamos temblando cuando miramos los resultados por primera vez, estábamos tan emocionados. Nuestros corazones comenzaron a latir más rápido", le dijo a la BBC Mitesh Patel, investigador del Imperial College de Londres, quien trabaja en el LHC.

LHC tunel
Cern
El LHC está construido en un túnel circular de 27 km de largo bajo la frontera franco-suiza.

"Es demasiado pronto para decir si esto realmente es una desviación del ME, pero las posibles implicaciones son tales que estos resultados son lo más emocionante que he hecho en 20 años. Ha sido un largo viaje hasta llegar aquí", agregó.

En el modo en que está construido nuestro mundo, existen bloques fundacionales que son incluso más pequeños que el átomo.

Algunas de esas partículas subatómicas están hechas de materiales aún más pequeños, mientras que otras no se pueden dividir y convertirse en otra cosa. A estas últimas se las conoce como las partículas elementales.

El ME describe todas las partículas elementales que constituyen el Universo, además de las fuerzas que interactúan en él.

Pero lo que no puede explicar son algunos de los grandes misterios de la física moderna, como la materia oscura o la naturaleza de la gravedad.

Los físicos saben que este modelo debe ser reemplazado por uno más avanzado.

Cuál es el proceso

El LHC fue construido para describir cómo funciona la física más allá del ME. Entonces, si los resultados del LHC se confirman, estos representarían un descubrimiento muy importante.

Interior del CERN
Getty Images
El CERN, en Suiza, es uno de los mayores centros para la investigación científica del mundo.

Ahora, el LHC produce estas partículas subatómicas que los científicos han llamado "beauty quarks", que no se encuentran usualmente en la naturaleza pero sí se pueden ver en el LHC.

Estas partículas subatómicas se someten a un proceso conocido como desintegración, en el que una partícula se transforma en varias, que a su vez son menos masivas.

De acuerdo al ME, estos quarks deberían desintegrarse en un número equivalente de electrones y partículas de muones.

Pero en vez de eso, el proceso de desintegración dentro de este laboratorio ha dejado más electrones que muones.

Una explicación plausible es que una partícula aún no descubierta (sólo descrita en la física teórica) y conocida como leptoquark estaría involucrada en el proceso, lo que explicaría que se produjeran electrones con mayor facilidad.

Una de las científicas líderes de este proyecto, Paula Álvarez Cartelle, de la Universidad de Cambridge, señaló que "este nuevo resultado ofrece indicios de la presencia de una nueva partícula o fuerza fundamental que interactúa de manera diferente con estas partículas".

"Cuanta más información tenemos, más sólido se ha vuelto este resultado. Esta medición es la más significativa de una serie de resultados del LHC de la última década que parecen coincidir, y todos apuntarían hacia una explicación común", agregó Álvarez Cartelle.

Una simulación de las colisiones a alta velocidad que ocurren en el LHC.
CERN
Una simulación de las colisiones a alta velocidad que ocurren en el LHC.

La científica señala que los resultados de las investigaciones no han cambiado, pero que las incertidumbres sobre el tema se han reducido, "aumentando nuestra capacidad para ver posibles diferencias con el Modelo Estándar".

Partículas diminutas

En la física de partículas, el estándar de oro para un descubrimiento es el nivel de cinco veces la desviación típica, en el que hay una probabilidad entre 3,5 millones de que los resultados sean solo una casualidad.

La medida que tiene ahora el LHC sobre este tema es de tres veces la desviación típica, lo que significa que hay una probabilidad en 1.000 de que los resultados sean una coincidencia estadística.

Por eso, señalan los investigadores, debemos esperar antes de sacar conclusiones.

"Puede que estemos en el camino hacia una nueva era de la física, pero si lo estamos, todavía es relativamente temprano en ese camino en este punto. Ya antes hemos visto resultados de esta importancia ir y venir, así que debemos ser cautelosos además de mostrarnos emocionados", le dijo a la BBC Chris Parkes, de la Universidad de Manchester.

Pero si se confirma con más análisis y datos cuando el LHC se reinicie el próximo año, podríamos estar frente a uno de los mayores descubrimientos recientes en física, según Konstantinos Petridis, físico de la Universidad de Bristol.

"El descubrimiento de una nueva fuerza en la naturaleza es el santo grial de la física de partículas. Nuestro conocimiento actual de los componentes del Universo es notablemente limitado: no sabemos de qué está hecho el 95% del Universo o por qué hay un desequilibrio entre materia y antimateria", anotó.

Los resultados se han presentado para su publicación en la revista Nature Physics.


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