El Observatorio Pierre Auger pone a prueba nuestro conocimiento de las partículas más allá de los límites del LHC

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Artículo publicado por Kathryn Jepsen el 27 de agosto de 2012 en Symmetry Breaking

Antes de que los físicos que trabajan con aceleradores puedan declarar el descubrimiento de un bosón de Higgs, o de cualquier otro añadido al zoo de partículas, tienen que demostrar que comprenden las partículas que hacen colisionar.

Los científicos del Observatorio de Rayos Cósmicos Pierre Auger en Argentina pusieron a prueba recientemente la teoría que gobierna el comportamiento de los protones, las partículas que colisionan en el Gran Colisionador de Hadrones. Lo hicieron a energías mucho mayores de lo que pueden alcanzar los aceleradores creados por la humanidad.

Contador de rayos cósmicos © by µµ


Buenas noticias: La teoría se confirma.

En el tema de la comprensión de los protones, “Auger toma el relevo donde lo deja el LHC”, dice la físico del Fermilab Eun-Joo Ahn. Ahn presentó sus resultados, que se publicaron en el ejemplar de este mes de la revista Physical Review Letters, en un seminario el 24 de agosto en el Fermilab.

En el LHC, los científicos dirigen dos haces de protones alrededor de un anillo en una ruta de colisión. Cuando interactúan los dos protones, la energía de la colisión se convierte en masa, generando brevemente partículas que no estaban presentes antes del impacto de los protones. Esas partículas pueden entonces desintegrarse.

Para que los científicos puedan predecir el resultado de estas colisiones, tienen que comprender la cromodinámica cuántica, o QCD, la teoría de las interacciones entre los quarks y los gluones que forman un protón.

“La QCD normaliza los datos que nos dirán si esperamos ver 10 o 10 millones de partículas”, dice el físico del Fermilab Brendan Casey, miembro del experimento Muon g-2. “Si esperamos 10 bosones de Higgs y en su lugar vemos 10 millones de una nueva partícula, sabremos que no es el Higgs”.

Los teóricos han llegado a varios modelos de QCD. La mejor forma de poner a prueba estos modelos es hacer colisionar protones y medir la tasa a la que interactúan entre sí. La tasa de interacción depende de la energía; protones de mayor energía interactúan con más frecuencia.

“Es como si cuanto más rápido se movieran, más se hinchasen, y más probable fuese su interacción”, dice el físico del Fermilab Paul Lebrun de la colaboración Pierre Auger.

Los científicos quieren medir las interacciones protón-protón en distintas energías debido a que, a veces, las partículas hacen cosas inesperadas. Si haces impactar un haz de neutrinos en un objetivo a corta distancia, tendrás un resultado muy diferente que si colocas el objetivo a larga distancia. Esto se debe a que los neutrinos oscilan, o cambian su tipo, cuando viajan.

Si los protones interactuaban de manera distinta a lo esperado en energías altas, podría ser una señal de la supersimetría o de dimensiones adicionales.

En la Tierra, los científicos pueden poner a prueba las tasas de interacción protón-protón hasta a una energía de 7 TeV, la máxima energía lograda hasta el momento en el LHC. Cuando alcance la máxima energía para la que fue diseñado, el LHC elevará ese límite hasta los 14 TeV.

Nada de esto tiene importancia para los protones del espacio. Las rayos cósmicos impactan en la atmósfera de la Tierra a energías que los físicos que trabajan en los aceleradores apenas pueden imaginar. Los científicos pueden extrapolar medidas de interacciones protón-protón de mayor energía a esas colisiones de protón-aire.

El Observatorio Pierre Auger estudió recientemente los rayos cósmicos para realizar la medida más precisa hasta la fecha de las interacciones protón-protón a una energía inaccesible en el LHC, 57 TeV.

Las medidas se ajustan bien a los actuales modelos de QCD.

“No es probable que se realicen jamás medidas a energías mucho mayores”, dice Martin Block, profesor de física y astronomía en la Universidad Northwestern, cuyo artículo predice correctamente las medidas de Pierre Auger que se aceptaron recientemente para su publicación en la revista Physical Review D. “Es en final del camino”.


Autor: Kathryn Jepsen
Fecha Original: 27 de agosto de 2012
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