La búsqueda científica para explicar la estructura del universo ha recibido un nuevo impulso con el descubrimiento de que la partícula responsable de una de las cuatro fuerzas fundamentales es más pesada de lo que permitiría la teoría existente.
Los físicos que trabajan en el laboratorio Fermilab cerca de Chicago analizaron los desechos de millones de colisiones de aceleradores de partículas de alta energía, antes de concluir que la masa inesperadamente grande del bosón W subatómico no era consistente con el modelo estándar que sustenta la física.
El modelo proporciona una descripción internamente coherente pero incompleta de todas las fuerzas y partículas del cosmos. Los físicos saben que la teoría que data de la década de 1970 debe ampliarse porque puede describir tres fuerzas fundamentales (fuerte, débil y electromagnética) pero no la cuarta, que es la gravedad.
Tampoco puede explicar la misteriosa materia oscura y la energía oscura que las observaciones de los astrónomos han demostrado que dominan el universo.
“El descubrimiento fue una sorpresa”, dijo Chris Hays, profesor de física de la Universidad de Oxford y uno de los 400 científicos que analizaron un cuarto de siglo de datos del acelerador Tevatron de Fermilab para medir la masa del bosón W. El bosón W, que es 80 veces más pesado que el protón, es una partícula portadora de la fuerza débil.
“Esto es potencialmente un gran problema”, dijo Hays sobre el descubrimiento, publicado el jueves. en la revista Ciencia.
Los hallazgos agregarán urgencia a la búsqueda de lo que los científicos llaman «nueva física», una búsqueda de larga duración que se animó hace una década cuando los científicos del Gran Colisionador de Hadrones en el laboratorio Cern cerca de Ginebra confirmaron la existencia del bosón de Higgs, el último bloque de construcción de materia predicho por el Modelo Estándar.
«Si la diferencia entre el valor experimental y el esperado se debe a algún tipo de nueva partícula o interacción subatómica, es muy probable que sea algo que pueda descubrirse en futuros experimentos», dijo David Toback, profesor de física y astronomía en la Universidad Texas A&M. y uno de los principales científicos detrás de la investigación.
Su equipo calculó la masa del bosón W en 80 439 megaelectronvoltios (MeV), mientras que el valor del modelo estándar es de 80 357 MeV. Aunque difieren en solo un 0,1 por ciento, «si observa la historia de la física, los grandes avances a menudo son presagios de discrepancias muy pequeñas», dijo Harry Cliff, físico de partículas de la Universidad de Cambridge que no participó en el proyecto.
Por ejemplo, una discrepancia de uno en 12 millones entre las órbitas predichas y observadas del planeta Mercurio fue una pista clave para la teoría de la relatividad general de Einstein, agregó.
Otras anomalías reportadas a partir de experimentos en Cern y Fermilab involucran la desintegración de partículas subatómicas llamadas quarks de belleza y el comportamiento magnético de los muones, que son primos pesados de los electrones más familiares.
“La gente se centrará ahora en cómo explicar estas anomalías”, dijo Hays. “Algunas teorías podrán acomodarlos y otras no”.
Algunos físicos han abogado por una adición al Modelo Estándar llamada supersimetría, conocida cariñosamente como Susy. Propone una panoplia de “superpartículas” para complementar las partículas subatómicas del Modelo Estándar.
Para su decepción, aún no se ha descubierto ninguno durante las extensas búsquedas realizadas por los aceleradores de partículas del mundo. Pero el descubrimiento de la masa del contramaestre W puede darle a Susy una nueva oportunidad de vida.