Un acelerador de part¨ªculas atisba ¡°un nuevo mecanismo de la naturaleza¡±

Uno de los mayores aceleradores de part¨ªculas del planeta arroja hoy un resultado inquietante: la masa del bos¨®n W ¡ªuna part¨ªcula elemental crucial para nuestro conocimiento de la materia y el universo¡ª no es la que deber¨ªa ser.

Si estos resultados se confirman, ¡°tiene que ser porque hay un nuevo mecanismo de la naturaleza que desconocemos¡±, explica Ashutosh Kotwal, investigador de la Universidad de Duke (EE UU) y l¨ªder del estudio. Ese mecanismo ¡°podr¨ªa manifestarse en forma de part¨ªcula o de una interacci¨®n dentro del n¨²cleo at¨®mico que podr¨ªamos descubrir en futuros experimentos¡±, a?ade. En el trabajo han participado cientos de investigadores de 12 pa¨ªses que forman la colaboraci¨®n del experimento CDF II, en el acelerador de part¨ªculas Tevatron de Estados Unidos.

Para comprender la importancia de este hallazgo hay que viajar al nivel cu¨¢ntico de la materia: penetrar en los ¨¢tomos microsc¨®picos y llegar hasta sus componentes m¨¢s simples, las part¨ªculas elementales. Todas las cosas que los humanos podemos ver y tocar est¨¢n hechas con diferentes combinaciones de 17 part¨ªculas elementales ¡ªque se engloban en tres grandes grupos: quarks, leptones y bosones¡ª. Si juntamos tres quarks obtenemos un prot¨®n y si le sumamos un lept¨®n obtenemos el elemento m¨¢s sencillo del universo, el hidr¨®geno. El uranio, uno de los m¨¢s complejos, tiene m¨¢s de 700 quarks de diferentes tipos y 92 leptones.

En los a?os setenta se acu?¨® el modelo est¨¢ndar que define las propiedades de estas 17 piezas del puzle con las que formar los ¨¢tomos de todos los elementos conocidos. Seg¨²n este modelo, los quarks y los leptones componen la materia y los bosones transmiten las fuerzas conocidas, como el electromagnetismo. Desde hace d¨¦cadas, los humanos vienen construyendo aceleradores de part¨ªculas cada vez m¨¢s potentes para romper ¨¢tomos en sus diferentes part¨ªculas elementales y comprobar si siguen estas reglas del juego. Los resultados publicados hoy muestran que al menos una de esas 17 piezas no obedece las normas.

Entre 2002 y 2011, el Tevatron estuvo disparando protones contra su reverso de antimateria, los antiprotones. Estas part¨ªculas viajan rozando la velocidad de la luz y al colisionar se desintegran en otras part¨ªculas elementales. Tras analizar m¨¢s de cuatro millones de bosones W los responsables del experimento estadounidense encuentran que su masa es de 80.433 megaelectronvoltios, mientras que el modelo est¨¢ndar predice 80.357, incluyendo en ambas medidas un margen de error. La diferencia se sale del marco te¨®rico.

Hay solo tres posibilidades entre un bill¨®n de que este resultado se deba al azar. En la jerga de los f¨ªsicos esto se llama siete sigma. En f¨ªsica de part¨ªculas un descubrimiento se acepta con un nivel de error de cinco sigma, aproximadamente una posibilidad de fallo entre un mill¨®n.

¡°Esta nueva medida de la masa del W es la m¨¢s precisa y completa que se ha hecho hasta el momento. Son unos resultados espectaculares¡±, resalta Alberto Ruiz, investigador del Instituto de F¨ªsica de Cantabria y uno de los autores del estudio, publicado en Science.

Por ahora el modelo est¨¢ndar hab¨ªa descrito a la perfecci¨®n el comportamiento de la materia convencional. El problema es que ese tipo de materia solo compone el 5% del universo. El resto del cosmos es materia oscura (27%) y energ¨ªa oscura (68%) totalmente desconocidas. Puede que estos resultados sean los primeros atisbos de ¡°nueva f¨ªsica¡±: part¨ªculas desconocidas que ayuden a explicar esos grandes enigmas del universo.

Hasta ahora los experimentos en dos aceleradores de part¨ªculas del laboratorio europeo de f¨ªsica de part¨ªculas CERN hab¨ªan dado valores acordes con la teor¨ªa. Pero el a?o pasado, otro experimento del Tevatron tambi¨¦n encontr¨® discrepancias en el comportamiento de mu¨®n, otra part¨ªcula elemental.

El Tevatron dej¨® de operar en 2011. Ahora habr¨¢ que esperar a que los responsables del LHC ¡ªun acelerador de part¨ªculas a¨²n m¨¢s grande¡ª revisen sus datos acumulados y confirmen o desmientan que este bos¨®n no es exactamente como deber¨ªa ser. Este proceso puede llevar hasta un a?o de an¨¢lisis, opina Ruiz.

¡°Esta es la mayor discrepancia que se ha descrito entre la teor¨ªa y los resultados experimentales si tenemos en cuenta el nivel de fiabilidad, que es de siete sigma¡±, reconoce Sven Heinemeyer, investigador del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica de Madrid. Heinemeyer es un f¨ªsico te¨®rico encargado de estudiar la masa real del bos¨®n W y plantear nuevas teor¨ªas para encajarla. ¡°La interpretaci¨®n m¨¢s plausible es que la supersimetr¨ªa existe realmente, lo que implica que hay part¨ªculas conocidas que tienen hermanas supersim¨¦tricas desconocidas¡±, opina. Entre esas part¨ªculas estar¨ªan las que componen la materia oscura. ¡°Lo m¨¢s interesante¡±, a?ade Heinemeyer, ¡°es que las nuevas part¨ªculas supersim¨¦tricas no tendr¨ªan mucha masa, por lo que es posible que el LHC pueda descubrirlas. Es muy sorprendente¡±, resalta.

Mario Mart¨ªnez, investigador del Instituto de F¨ªsica de Altas Energ¨ªas de Barcelona, trabaj¨® en Tevatron durante a?os y ahora participa en el experimento Atlas del LHC, uno de los que debe confirmar o refutar estos resultados. ¡°Esta es una medida muy importante que requiere much¨ªsima precisi¨®n, por eso se explica que se haya tardado m¨¢s de 10 a?os en publicarla¡±, reconoce. ¡°De momento yo recomiendo cautela. Las medidas anteriores s¨ª coincid¨ªan con la teor¨ªa, por lo que puede haber alg¨²n error en la calibraci¨®n del instrumento de EE UU. Habr¨¢ que esperar la confirmaci¨®n con el LHC¡±, se?ala.

Lo que es ya seguro es que estos resultados abren un nuevo campo de trabajo, advierte Ruiz. ¡°Despu¨¦s del descubrimiento del Higgs [la ¨²ltima de las 17 part¨ªculas elementales que quedaba por descubrir, hallada en 2012] el campo estaba algo paralizado y esto reactiva la b¨²squeda para intentar explicar fen¨®menos que no conocemos¡±.

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