Científicos predicen la masa de una nueva partícula

Zoo de partículas

Un equipo de físicos de la Universidad de Glasgow ha predicho la masa de una nueva partícula la cual podría ayudar a explicar una de las fuerzas fundamentales del universo.

Los científicos dicen que el mesón Bc* se producirá fugazmente en las colisiones del acelerador Tevatron en Illinois, Estados Unidos, y en el CERN en Suiza, pero aún no ha sido observado por los experimentadores que buscan entre los restos.

No obstante, un equipo liderado por la Profesora Christine Davies, jefa del Grupo de Física de Partículas en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow y experta en teoría de la cromodinámica cuántica (QCD), usó supercomputadores para predecir la masa del mesón, el cual podría ayudar a los científicos a comprender la fuerza nuclear fuerte que dicta el comportamiento de las partículas a nivel subatómico.

La fuerza nuclear fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo y es la que mantiene unidos a los quarks – las menores unidades de materia encontradas hasta la fecha. Ésta es la fuerza que busca comprender la teoría de la QCD.

Las otras tres fuerzas fundamentales son:

  • Gravitación – el fenómeno por el cual los cuerpos con masa se atraen entre sí
  • Electromagnética – la atracción que existe entre las partículas eléctricamente cargadas tales como electrones y protones
  • Fuerza nuclear débil – que está implicada en algunas formas de decaimiento de partículas, el más notable el decaimiento nuclear beta

La Prof. Davies dijo que: “Aunque aún no se ha demostrado la existencia de este mesón, nuestros cálculos nos han permitido predecir no sólo su existencia, sino también su masa. Dos predicciones anteriores que hicimos demostraron ser ciertas, por lo que también estamos confiados en ésta”.

Los quarks aparecen en seis variedades (o sabores, como se les conoce) – up (arriba), down (abajo), charm (encantado), strange (extraño), top (cima) y bottom (fondo). Todos los quarks tienen una carga de color, que es similar a la carga eléctrica y provoca que sientan la fuerza nuclear fuerte y también que giren. Difieren mucho en masa, no obstante – los quarks up tienen una masa unas pocas veces menor que la de un electrón mientras que los quarks top son casi tan pesados como los núcleos de plomo.

Los quarks nunca se encuentran aislados, no obstante, debido a que la fuerza nuclear fuerte es tan potente que se necesitaría una cantidad infinita de la misma para separarlos. En lugar de esto siempre se encuentran unidos – en pares (mesones) o triós (bariones) – en partículas llamadas hadrones. Los protones y neutrones, las partículas que forman el núcleo de los átomos en los elementos de la tabla periódica, son ejemplos de hadrones.

El mesón Bc* consta de un quark bottom y un anti-quark charm en una configuración en la cual los espines de los quarks apuntan en la misma dirección.

Comprender cómo interactúan los quarks como resultado de la fuerza nuclear fuerte ayuda a los científicos a conectar este conocimiento con el de los mesones que ven en situaciones experimentales.

El grupo QCD de Glasgow es el principal socio del Reino Unido de la colaboración QCD de Alta Precisión (HPQCD) y recientemente recibió £530,109 del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas para pagar el acceso a los supercomputadores del Reino Unido para avanzar en su trabajo.

La Prof. Davies dijo que: “La colaboración HPQCD se especializa el cálculos precisos de las propiedades del ‘zoo de partículas’ de mesones usando la teoría de la fuerza nuclear fuerte (QCD), y usa estos cálculos para determinar las propiedades de los quarks. Estos cálculos deben realizarse en ordenadores muy potentes, debido a que la fuerza nuclear fuerte es tan potente que lleva a interacciones muy complejas”.

El equipo de Glasgow está actualmente trabajando en la producción de predicciones basadas en cálculos increíblemente complejos para una variedad de distintos tipos de partículas que pueden compararse a los resultados de experimentos en el proyecto LHC del CERN.

El conocimiento puede usarse, esperan, para solventar los huecos en el Modelo Estándar de la Física, la teoría que intenta explicar qué es el universo y cómo funciona.


Fecha Original: 26 de enero de 2010
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Comments (2)

  1. Interesante artículo y un tema bonito de comentar, siempre es interesante la predicción de una nueva partícula y, si además se predice su masa, la cuestión tiene doble interés e importancia por las repercuciones que en la Física pudiera tener realmente tanto el descubrimiento como la nueva partícula y sus caracterísiticas que nos podrían hablar de muchas cosas. Así que, estamos impacientas por el encuentro con el mesón Bc (conformado por un quark botton y un anticuark encanto.

    Se nos habla de la interacción fuerte que actúa solamente entre las partículas que llamamos hadrones y, como se nos explica más arriba, son los Bariones (Protones, neutrones, Sigma, Lambda, Omega, etc.) y Los Mesones ( Piones, Kaones, Eta, etc.) que tienen una estructura interna complicada.

    Hasta aproximadamente 1972, sólo se conocían las reglas de simetría de la interacción fuerte y no fuimos capaces de formular la leyes de la interacción con precisión.

    El Alcance de la Interacción no se extiende más allá del radio de un núcleo atómico ligero (10 exp.13 cm aproximadamente).

    La Interacción es fuerte, de hecho la más potente de todas las fuerz<as fundamentales del Universo. Bajo la influencia de esta interacción, las partículas que pueden desintegrarse, las "resonancias" lo hacen muy rápidamente. Un ejemplo es la resonancia Δ, con una vida media de solamente 0,6 x 10 exp.-23 sEsta colisión es extremadamente probable cuando dos hadrones se encuentran a una disatancia cercana a 10 exp. -13 cm.

    Hasta 1972 se pensaba que los mediadores de la interacción fuerte eran los piones, que tienen espín 0 y masa comprendida entre 135 y 140 MeV. Por ejemplo, la fuerte atracción entre dos protones se debe fundamentalmente al intercambio de un pión.

    Hoy en día se dice que esto obedece al hecho de que los piones son los hadrones más ligeros y que como los demás hadrones, están formados por quarks. La Interacción fuerte es entonces un efecto secundario de una interacción más fuerte incluso entre quarks. Los mediadores de de esta interacción más fuerte son los gluones que se ocupan de mantener confinados a los quarks dentro de los protones y neutrones, Cuanto más cerca están los quarks los unos de los otros (libertad asintótica de los quarks) más débil es la fuerza que se genera y, cuando intentan separarse, la fuerza actúa y se eleva (confinamiento de los quarks).

    Todo lo que aquí está implicado no es de fácil explicación y, tendríamos que emplear los tediosos números que no a todos gustan. Está bien que los físicos predigan partículas y sus masas como en su día hiciera Dirac con el positrón, y, desde luego, esto nois da una buena pista de que no dejamos de movernos en la bnuena dirección. Todo lo que sea un nuevo conocimiento es alejar el horizonte de nuestros conocimientos.

    Cuando decimos mesones nos estamos refiriendo a cualquiera dentro de la clase de partículas elementales que son una subclase de los hadrones. De acuerdo con la actual teoría de los quarks, los mesones están constituidos por pares quark-antiquark. Pueden tener carga positiva, negativa o nula, pero cuando están cargadas, la carga tiene la misma magnitud que la del electrón. Los mesones, como dije antes, participan en la fuerza que mantiene a los nucleones juntos en el núcleo. El muón originalmente llamado meson mu, se pensaba que era un mesón, pero ahora se le incluye entre los leptones.

    La última aclaración es simplemente para dejar claro que, el avance es imparable y, lo que hoy no sabemos queda al descubierto mañana.

    ¡La Física! Unas de las maravillas del saber humano.

  2. Homo Sapiens

    Por puntualizar brevemente esta información y hacerla un poco más completa si cabe cito:
    # Electromagnética – la atracción que existe entre las partículas eléctricamente cargadas tales como electrones y protones
    # Fuerza nuclear débil – que está implicada en algunas formas de decaimiento de partículas, el más notable el decaimiento nuclear beta

    Éstas fuerzas ya están unificadas en una llamada “Electrodébil”.
    La Teoría “M” intenta entre otras muchas cosas unificarla con la “gravedad” y la “Interacción fuerte”.

    Un saludo.

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