Anote otra victoria para el Modelo Estándar, la teoría notablemente exitosa que describe cómo interactúan todas las partículas fundamentales conocidas.
Los físicos han realizado la medición más precisa hasta ahora de la fuerza con la que la fuerza débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, actúa sobre el protón.
Los resultados, publicados hoy (9 de mayo) en la revista Nature, son exactamente lo que predijo el Modelo Estándar, dando otro golpe a los esfuerzos de los físicos para encontrar problemas en la teoría y descubrir nuevas físicas que podrían explicar qué son la materia oscura y la energía oscura. .
A pesar de sus triunfos, el Modelo Estándar está incompleto. No explica la materia oscura y la energía oscura, que juntas pueden constituir más del 95 por ciento del universo y, sin embargo, nunca se han observado directamente. La teoría tampoco incorpora la gravedad ni explica por qué el universo contiene más materia que antimateria.
Probar el modelo estándar
Un camino hacia una teoría más completa es probar lo que dice el Modelo Estándar sobre la fuerza débil, que es responsable de la desintegración radiactiva, lo que permite las reacciones nucleares que mantienen el sol brillando e impulsan las centrales nucleares. La fuerza de las interacciones de la fuerza débil depende de la llamada carga débil de una partícula, así como la fuerza electromagnética depende de la carga eléctrica y la gravedad depende de la masa.
"Solo esperábamos que este fuera un camino para encontrar una grieta en el Modelo Estándar", dijo Greg Smith, físico en el Jefferson National Accelerator Facility en Virginia y gerente de proyecto para el experimento Q-débil.
Los investigadores arrojaron haces de electrones en un grupo de protones. Los giros de los electrones eran paralelos o antiparalelos con el haz. Al chocar con los protones, los electrones se dispersarían, principalmente debido a las interacciones que involucran la fuerza electromagnética. Pero por cada 10,000 o 100,000 dispersiones, dijo Smith, uno ocurrió a través de la fuerza débil.
A diferencia de la fuerza electromagnética, la fuerza débil no obedece a la simetría o paridad del espejo, como lo llaman los físicos. Entonces, cuando interactúa a través de la fuerza electromagnética, un electrón se dispersa de la misma manera, independientemente de su dirección de giro. Pero cuando interactúa a través de la fuerza débil, la probabilidad de que el electrón se disperse depende muy ligeramente de si el espín es paralelo o antiparalelo, en relación con la dirección en la que viaja el electrón.
En el experimento, el haz alternaba entre disparar electrones con espines paralelos y antiparalelos aproximadamente 1,000 veces por segundo. Los investigadores encontraron que la diferencia en la probabilidad de dispersión era de solo 226.5 partes por billón, con una precisión de 9.3 partes por billón. Eso es equivalente a encontrar que dos Monte Everests, por lo demás idénticos, difieren en altura por el grosor de una moneda de un dólar, con una precisión del ancho de un cabello humano.
"Esta es la asimetría más pequeña y precisa jamás medida en la dispersión de electrones polarizados de protones", dijo Peter Blunden, físico de la Universidad de Manitoba en Canadá que no participó en el estudio. La medida, agregó, es un logro impresionante. Además, muestra que, en la búsqueda de una nueva física, estos experimentos de relativamente baja energía pueden competir con potentes aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones cerca de Ginebra, dijo Blunden.
A pesar de que la carga débil del protón resultó ser más o menos lo que el Modelo Estándar dijo que sería, toda esperanza no se pierde para encontrar nueva física algún día. Los resultados simplemente limitan el aspecto de esas nuevas físicas. Por ejemplo, dijo Smith, descartan fenómenos que involucran interacciones electrón-protón que ocurren a energías por debajo de 3.5 voltios de teraelectrones.
Aún así, habría sido mucho más emocionante si hubieran encontrado algo nuevo, dijo Smith.
"Estaba decepcionado", dijo a Live Science. "Esperaba alguna desviación, alguna señal. Pero otras personas se sintieron aliviadas de que no estuviéramos muy lejos de lo que predijo el Modelo Estándar".
