La comprensión del universo por parte de los físicos puede verse alterada si las partículas fundamentales presentan masas diferentes a las esperadas. Un nuevo estudio ha logrado una medición precisa que reafirma las teorías científicas sobre uno de los bloques esenciales del cosmos: el bosón W. Este hallazgo se detalla en un artículo publicado en la revista Nature, donde un equipo internacional, que incluye a investigadores del MIT, presenta una medición ultra precisa de la masa de esta partícula.
El bosón W es uno de los dos partículas elementales que representan la fuerza débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Esta fuerza permite que ciertas partículas cambien su identidad, como los protones que se convierten en neutrones y viceversa. Este proceso es fundamental para fenómenos como la desintegración radiactiva y la fusión nuclear, que alimenta al sol.
Nueva medición del bosón W
Los científicos han determinado la masa del bosón W analizando más de 1.000 millones de eventos de colisión de protones generados por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, Suiza. En estas colisiones, dos protones pueden producir un bosón W junto con otros tipos de partículas.
Atraparlo es extremadamente complicado, ya que el bosón W se desintegra casi instantáneamente en dos partículas: una de ellas es un neutrino, cuya detección es imposible. Los investigadores deben medir la otra partícula resultante, conocida como muón, y modelar cómo esta contribuye a la masa total del bosón W. Para este estudio, utilizaron el experimento Compact Muon Solenoid (CMS), un detector que rastrea con precisión los muones y otras partículas generadas tras las colisiones.
Resultados y su relevancia
De miles de millones de colisiones, el equipo identificó 100 millones de eventos donde se produjo un bosón W que decae en un muón y un neutrino. Tras realizar análisis detallados, determinaron que el bosón W tiene una masa de 80360.2 ± 9.9 megaelectron volts (MeV). Esta cifra concuerda con las predicciones del Modelo Estándar, considerado el manual más confiable para describir las partículas y fuerzas fundamentales del universo.
La precisión alcanzada en esta nueva medición es comparable a la realizada previamente en 2022 por el experimento Collider Detector at Fermilab (CDF), que sorprendió a los físicos al reportar una masa significativamente mayor a lo esperado según el Modelo Estándar, sugiriendo así la posibilidad de “nueva física”. Sin embargo, dado que la nueva medición del CMS coincide con el Modelo Estándar y otros experimentos previos, los científicos consideran que sus conocimientos sobre el bosón W son sólidos.
"Es un gran alivio," afirma Kenneth Long, autor principal del estudio y postdoctorado sénior en el Laboratorio de Ciencias Nucleares del MIT. "Esta nueva medición confirma fuertemente nuestra confianza en el Modelo Estándar."
El trabajo fue realizado por más de 3.000 miembros de la colaboración CMS del CERN y liderado por un grupo central compuesto por alrededor de 30 científicos provenientes de 10 instituciones diferentes.
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