Medidas más precisas del bosón W

Zoo de partículas

“El bosón W es uno de los pocos bloques básicos de la materia”, dice Dmitri Denisov a PhysOrg.com. “Es miembro de una familia de partículas que es la más fundamental de la naturaleza. El bosón W es el responsable de las interacciones débiles, las cuales gobiernan algunos de los procesos más importantes de la naturaleza”.

Denisov es un científico del Fermilab en Batavia, Illinois, y es uno de los aproximadamente 500 físicos de 19 países que han estado colaborando en el esfuerzo de incrementar la precisión de la medida con respecto a la anchura del bosón W. Su grupo es conocido como la Colaboración D0. Alguno de los resultados de la colaboración D0 están disponibles en Physical Review Letters: “Direct Measurement of the W Boson Width”.

“Los físicos de partículas están trabajando duro para mejorar nuestro conocimiento de las partículas fundamentales de la naturaleza. Queremos medidas de precisión de todas estas partículas, dado que sus propiedades son importantes para comprender el mundo que nos rodea y para los cálculos usados en el desarrollo y comprobación de nuevas teorías”, explica Denisov. “El bosón W es uno de esos que merece la pena observar, debido a su papel en las interacciones débiles. Queremos medir la anchura, debido a que está directamente relacionada con su tiempo de vida”.

Denisov señala que el tiempo de vida del bosón W está conectado con la forma en que decae. Y el bosón W también influye en la forma en que decae el núcleo. “El bosón W es especialmente conocido por su papel en el decaimiento nuclear”, dice. “La teoría moderna predice de qué formas distintas decae el bosón W, pero podría haber modos que no conocemos, y la anchura del bosón W estaría influido por estos modos. Por lo que con estas medidas más precisas del bosón W, podemos empezar a buscar cosas que aún no conocemos”.

Para producir estas nuevas medidas de la anchura del bosón W, que tienen la mayor precisión hasta la fecha, la colaboración D0 usó el Tevatron en Fermilab. Recopilaron datos de una forma específica del decaimiento, y midieron el espectro de energía resultante de los electrones. “El espectro de energía de los electrones es más ancho y su tiempo de vida es más corto”, dice Denisov. Los científicos generaron y luego registraron una muestra que consta de aproximadamente medio millón de bosones W.

“Todo el análisis del proceso llevó aproximadamente tres años”, explica Denisov. “Hemos recopilado datos del Tevatron, y los hemos analizado. Los científicos trabajaron desarrollando simulaciones de Monte Carlo para describir el rendimiento del detector. Como resultado, hemos sido capaces de llegar a una medida muy precisa de la anchura del bosón W y su tiempo de vida que puede usarse para desarrollar teorías físicas y para una descripción precisa del mundo que nos rodea”.

Mirando al futuro, Denisov espera que la colaboración D0 continuará trabajando para mejorar la precisión de las medidas. “Tenemos un buen conjunto de datos, y estamos recopilando más datos casi literalmente mientras hablamos. En este punto, nuestra medida no muestra ninguna nueva partícula que afecte al tiempo de vida del bosón W. No obstante, conforme seguimos mejorando la precisión de las medidas, es posible ver una desviación. En aproximadamente un año, esperamos ser capaces de redudir la incertidumbre actual sustancialmente”.

“Este trabajo”, continúa Denisov, “es muy importante para la física fundamental. Unas pocas personas pasan años de sus vidas con estas medidas, para lograr una mejor comprensión de las fuerzas que gobiernan nuestro mundo”.


Más información: D0 Collaboration, “Direct Measurement of the W Boson Width,” Physical Review Letters (2009). Disponible on-line: http://arxiv.org/abs/0909.4814

Autor: Miranda Marquit
Fecha Original: 21 de diciembre de 2009
Enlace Original

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Comments (2)

  1. [...] las cuales gobiernan algunos de los procesos más importantes de la naturaleza." Vía http://www.cienciakanija.com/2009/12/22/medidas-mas-precisas-del-boson-w/ sin comentarios en: cultura, ciencia karma: 11 etiquetas: medidas, precisas, bosón, física, [...]

  2. Interesante artículo sobre las investigaciones que llevan a cabo estos científicos que, al tratar de comprobar milimétricamente la vida media de los “mediadores” de la interacción débil, tratan de conocer mejor el mundo que nos rodea.

    Como todos sabemos ya, la interacción débil es la responsable de que muchas partículas y también muchos núcleros atómicos exóticos sean inestables. La interacción débil puede provocar que una partícula se transforme en otra relacionada, por emisión de un electrón y un neutrino. Enrico Fermi, en 1934, estableció una fórmula general de la interacción débil, que fue mejorada posteriormente por George Sudarshan, Robert Marshak, Murray Gell Mann, Richard Feynman y otros. La fórmula mejorada funcionaba muy bien, pero se hizo evidente que no era adecuada en todas las circunstancias.

    En 1970, de las siguientes características de la interacción débil sólo se conocían las tres primeras:

    - La interacción actúa de forma universal sobre muchos tipos diferentes de partículas y su intensidad es aproximadamente igual para todas (aunque sus efectos pueden ser muy diferentes en cada caso). A los neutrinos les afecta exclusivamente la interacción débil.

    - Comparada con las demás interacciones, esta tiene un alcance muy corto.

    - La interacción es muy débil. Consecuentemente, los choques de partículas en los cuales hay neutrinos involucrados son tan poco frecuentes que se necesitan chorros muy intensos de neutrinos para poder estudiar tales sucesos.

    - Los “mediadores” de la interacción débil, llamados W+ Wˉ , no se detectaron hasta la década de 1980. Al igual que el fotón, tienen espín 1, pero están eléctricamwente cargados y son muy pesados (esta es la causa por la que el alcance de la interacción es tan corta). Hay un tercer mediador, Zº, que es responsable de un tercer tipo de interacción débil que no tiene nada que ver con la desintegración de las partículas: “la corriente neutra”. Permite que los neutrinos puedan colisionar con otras partículas sin cambiar su identidad.

    A partir de 1970, quedó clara la relación entre la interacción electromagnética y la interacción débil.

    Sumergirse en el universo de las poartículas es algo fascinante y, aquí en el artículko que ncomentamos nos cuentan como unos científicos pasan años de su vida para poder aclarar alguna cosa sobre un sólo tipo de partícula y que, sin embargo, podría ser de capital importancia para conocer el mundo en el que vivimos.

    Todo esto me trae a la memoria auqella ocasión en la que dos prestigiosos investigadores habían sugerido de forma independiente que se podrían construir modelos realistas de partículas en los cuales, el sistema de Yang-Mills fuera responsable de la interacción débil y el mecanismo de Higgs-Kibble la causa de su corto alcance. Uno de ellos era el paquistaní Abdus Salam que estaba buscando modelos estéticos de partículas y pensó que la belleza de la idea de Yang-Mills era razón nsuficiente para intentar construir con ella un modelo de interacción débil. La partícula mediadora de la interacción débil tenía que ser un fotón de Yang-Mills y el mecanismo de Higgs-Kibble la única explicación aceptable para que esta partícula tuviera una cierta cantidad de masa en reposo.

    El otro investigador que había llegado más o menos al mismo punto era el americano Steven Weinberg. Pero Weinberg dio un paso más al formular con mucho más detalle un modelo sencillo en el cual indicaba con precisión los campos que existían y como podían interactuar. Pero se limitó a los leptones. Weinberg comprendió que, junto al fotón ordinario tenía que haber tres fotones de Yang-Mills pesados: uno cargado positivamente, uno cargado negativamente y otro neutro.

    En lo que se refiere a los fotones cargados todo el mundo estaba de acuerdo en que estos se necesitarían para describir la interacción débil: serían los famosos bosones vectoriales intermedios W+ y W-. De acuerdo con Weinberg, sus masas tenían que ser mayores que 60.000 MeV. Pero solos, estos bosones vectoriales cargados eran suficientes para explicar todos los procesos de interacción débil que se conocían en esa época. Que aparte de ellos y del fotón ordinario, también se necesitase otro componente neutro (Weinberg lo llamó Zº).

    Ahora, de todo aquel trabajo que finalizó con la teoría electrodébil, se están centrando los físicos experimentadores, según nos cuentan arriba, en descubrir otros misterios subyacentes en estas partículas vectoriales mediadoras de la fuerza o interacción débil. Esperemos que tengan éxito y que nos abran esa puerta cerrada que nos conducirá, como ellos mismos nos dicen, a conocer mejor el mundo que nos rodea.

    ¡Nos queda tánto por saber!

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