La batalla por el peso de una partícula difícil de detectar se está intensificando. ¿Lo que está en juego? Solo la teoría principal que describe toda la materia conocida en el universo.
Un recálculo de la masa de una partícula elemental, el bosón W, ha aumentado la tensión entre las mediciones de los experimentos del colisionador de partículas de la competencia. El resultado final podría reforzar el modelo estándar de la física de partículas, que describe las fuerzas fundamentales y los bits cuánticos que componen todo lo que vemos en el cosmos. O podría revelar signos de fallas en el modelo estándar, según la respuesta predominante del laboratorio.
Un nuevo análisis de datos antiguos del experimento ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones da una masa de bosón W de aproximadamente 80,360 millones de electronvoltios, o MeV. Los investigadores del experimento, en el CERN en Ginebra, informaron la medición el 23 de marzo en la conferencia Rencontres de Moriond en La Thuile, Italia. El valor revisado está estrechamente alineado con las predicciones del modelo estándar.
También se beneficia de una incertidumbre reducida en comparación con el 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 actualizada está en contradicción con la de otro grupo. En 2022, los científicos del Detector Collider de Fermilab, o CDF, sorprendieron a la comunidad física con una medición de 80.434 MeV, unos 100 MeV más de lo esperado (Número de serie: 04/07/22). Si el informe de CDF es correcto, implica que algo anda mal con el modelo estándar que ha perseverado a través 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 (Número de serie: 02/05/83). Y «es la única masa de una partícula en el Modelo Estándar que se puede calcular», dice el físico teórico Sven Heinemeyer 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 entradas y pueden tener, en lo que respecta a la teoría, cualquier valor. Encontrar una masa de bosón W diferente de las predicciones del modelo estándar mostraría que la teoría actual es incorrecta.
El reanálisis de ATLAS ofrece un contrapunto más fuerte a la afirmación de CDF que el anterior análisis ATLAS de los mismos datos. “El nuevo análisis es una confirmación importante de nuestro resultado anterior”, dice el físico del CERN Andreas Hoecker.
El último valor de ATLAS amplía el abismo que separa la medición de la masa CDF del rebaño de otros estudios. Pero eso no debe verse como una eliminación del desafío del modelo CDF estándar, dice Ashutosh Kotwal, físico de la Universidad de Duke, miembro de la colaboración CDF.
“La visión sobre la FCD [announcement of a heavy W boson in 2022] no cambia debido al reanálisis de ATLAS”, dice Kotwal. Debido a que el nuevo análisis se basa en datos que ATLAS ya publicó en 2017, dice, «el hecho de que ATLAS obtenga un valor similar al anterior es de esperar».
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Heinemeyer, que no está afiliado a ATLAS o CDF, ve un cambio en el paisaje de masas del bosón W, pero no hay señales de una resolución de la brecha.
“Tener una nueva medida no es suficiente”, dice Heinemeyer. “Si más y más mediciones salieran de ATLAS ahora y [other experiments]y todos estarían en el mismo estadio, en algún momento la comunidad decidiría que CDF había hecho algo mal.
La próxima palabra sobre la masa del bosón W probablemente vendrá con estudios pendientes de ATLAS y otros experimentos en el CERN. La experiencia de la FCD finalizó en 2011, por lo que no contribuirá más al debate.
Mientras tanto, los investigadores esperan examinar los análisis de los demás en busca de pistas que puedan ayudar a explicar las discrepancias en las mediciones de la masa del bosón W». «Espero con interés las discusiones detalladas de la metodología ATLAS».
En última instancia, el conflicto podría revelar una nueva grieta en el modelo estándar. O podría resultar ser otro ejemplo de una de las teorías más exitosas de la historia.
