En la frontera de un nuevo tipo de física de partículas

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es un enorme acelerador de partículas.

Su túnel de 27 kilómetros roza la frontera de Francia y Suiza. Como el instrumento científico más grande jamás inventado, el LHC ha tenido a la comunidad científica excitada a su alrededor dado que puede ayudar a comprender el funcionamiento interno de la Naturaleza.

Es de notar que, parte de la nueva física que puede estudiarse en esta instalación de 6000 millones de dólares, puedes estudiarse usando experimentos de bajo coste que encajan en una sala típica de laboratorio.

En un próximo artículo de Physical Review Letter, un grupo de físicos de la Universidad de Nevada en Reno, informan de un análisis de un experimento sobre la violación de la simetría de espejo en átomos. Sus análisis refinados fijan nuevos límites sobre una partícula teórica, el bosón Z extra, tallando la parte de baja energía del límite de descubrimiento del LHC.

Andrei Derevianko, profesor asociado en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias, ha llevado a cabo innovadoras investigaciones para mejorar las capacidades temporales de los relojes atómicos más precisos del mundo, que es uno de los principios tras los que se cree que es la determinación más precisa hasta la fecha de baja energía del acoplamiento electrodébil entre electrones atómicos y quarks del núcleo.

Derevianko y sus colegas han determinado la fuerza de acoplamiento combinando medidas anteriores realizadas por el Dr. Carl Wieman, premio Nobel de física, con cálculos de alta precisión en un átomo de cesio.

El trabajo original de Wieman usó un aparato de sobremesa en la Universidad de Colorado en Boulder. El equipo de Boulder monitorizó una “punzada” de fuerza débil en átomos, los cuales, de otra forma, se verían gobernados por la fuerza electromagnética. El Modelo Estándar de partículas elementales, desarrollado a principios de la década de 1970, mantiene que las partículas pesadas, llamadas bosones Z, portan esta débil fuerza. En contraste con la fuerza electromagnética, la fuerza débil viola la simetría de espejo: un átomo y su imagen de espejo se comportan de forma distinta. Esto es conocido en física como “violación de paridad”.

El experimento del grupo de Boulder abrió la puerta a una nueva pesquisa, de acuerdo con Derevianko.

“Señaló una discrepancia, y apuntó a la posibilidad de una nueva física, en particular, los bosones Z extra”, dijo.

La interpretación del experimento de Boulder requiere de una entrada teórica. El análisis requiere una comprensión detallada del movimiento correlacionado de 55 electrones de átomos de cesio. Esta no es una tarea fácil dado que el número de unidades de memoria requeridas para almacenar completamente las funciones de onda mecánica cuánticas supera el número de átomos estimados del universo. Se desarrollaron aproximaciones y herramientas computacionales especiales. Comparado con los análisis previos, alcanzar el siguiente nivel de precisión requirió un incremento en un factor de 100 en complejidad computacional.

El artículo representa una mejora drástica dado que los investigadores han trabajado duro para desarrollar una prueba más precisa del Modelo Estándar. El grupo de Derevianko, que incluía al Dr. S. Porsev y un número de estudiantes, ha trabajado en el análisis del experimento de Boulder durante los últimos ocho años.

“Por fin, la tecnología de ordenadores alcanzó la demanda de cálculo del problema y fuimos capaces de abordarlo”, dice Derevianko. “Me he beneficiado mucho de las colaboraciones en este problema complejo. Un compañero coautor, Kyle Beloy, por ejemplo, recientemente ha sido reconocido como Investigador Graduado Destacado por la Universidad”.

En contraste con anteriores interpretaciones menos precisas del experimento de Boulder, el grupo de Derevianko ha encontrado una concordancia perfecta con el Modelo Estándar. Esta concordancia mantiene unas implicaciones importantes para la física de partículas.

“La violación de paridad atómica coloca una potente restricción sobre la nueva física más allá del Modelo Estándar de partículas elementales”, dijo Derevianko. “Con esta precisión recién encontrada, estamos haciendo un mejor trabajo al ‘escuchar los átomos’”.

Refinando y mejorando los cálculos, dice Derevianko que hay potencial para una mejor comprensión de las partículas hipotéticas (bosones Z extra) las cuales podrían ser portadoras de una esquiva quinta fuerza de la naturaleza. Durante años, los físicos han realizado experimentos para probar o descartar la posibilidad de una quinta fuerza en la naturaleza.

Existen cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza. Además de la gravedad, el electromagnetismo crea luz, ondas de radio y otras formas de radiación. Las dos otras fuerzas operan a nivel atómico: Estas son la fuerza nuclear fuerte, que une partículas en el núcleo, y la fuerza nuclear débil, que se revela cuando los átomos se disgregan en el decaimiento radiactivo, o como en el experimento de Boulder, a través de la violación de paridad.

La posibilidad de una quinta fuerza podría disputar la antigua creencia de que la fuerza de la gravedad es la misma para todas las sustancias.

“La nueva física más allá del Modelo Estándar es la próxima frontera”, dijo Derevianko, “y es la motivación teórica para gran parte de la investigación”.

Para leer el artículo de Derevianko, ir a: http://arxiv.org/abs/0902.0335



Autor: John Trent
Fecha Original: 24 de abril de 2009
Enlace Original

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Comments (3)

  1. Kanijo, esta traducción no te ha quedado muy bien, incluso el título me resulta confuso.

    El trabajo de Derevianko confirma el Modelo Estándar con gran precisión quizás más de la que se esperaba, relegando la posibilidad de nueva física más allá de dicho modelo a energías más altas de las esperadas (p.ej. un posible bosón Z extra debería tener una masa en reposo mayor de 1.3TeV/c2).

    Si se confirma, lo que el LHC del CERN podrá encontrar en su rango bajo de energías (de 115 GeV a 1 TeV) se reduce a el bosón de Higgs (si existe) y poco más. Aunque como lo que ha estudiado Derevianko es la violación de la paridad, característica distintiva de la parte electrodébil del modelo estándar, por ello también se podrían encontrar señales de la supersimetría en ese rango de escalas (como posibles candidatos a materia oscura) y otros “exotismos.”

  2. Parece claro que el LHC va a producir descubrimientos que pueden cambiar de forma radical la forma en que entendemos el universo. Los físicos, según el artículo, comtemplan seriamente la posibilidad de la existencia de una quinta fuerza y parece
    que sospechan por donde pueden ir los tiros: nada menos que puede ser que materiales diferentes produzcan o sientan campos gravitatorios DISTINTOS. Desconozco totalmente que indicios tienen para poder sospechar esta característica de la posible quinta fuerza pero de ser asi la física cambiaría totalmente. De todas formas de ser esto cierto parece evidente que la materia que produzca efectos gravitatorios distintos
    sera materia distinta a la materia corriente o barionica ya que conocemos muy bien la gravedad de esta materia. O también puede ser que estas modificaciones gravitatorias se den solo a muy pequeña distancia-escala… Necesitamos que el LHC entre en funcionamiento YA.

  3. turok

    El modelo estándard-aunque ha funcionado muy bien durante estos últimos treinta años-no puede ser toda la verdad.Tiene que haber una física más allá de tal modelo.Además su gran inconveniente es que presenta nada menos que veinte constantes cuyos valores pueden ser libremente fijados,ya que la teoría(del ME)es coherente matemáticamente sean cuales sean los valores que les demos a esas 20 constantes.Todo ello no parece muy serio si se pretende que el Modelo Estandard sea una teoria fundamental.Tal modelo-como está actualmente-, simplemente no sirve como una teoría unificadora de fuerzas y partículas.Además, falta la gravedad.¿Alguien ha visto un gravitón?..que por cierto, predice el Modelo Estandard.

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