“El Modelo Estándar no está muerto”

Los físicos han encontrado una medida muy difícil: la masa de una partícula fundamental. y Bosón. El resultado, desde la experiencia de CMS Gran Colisionador de Hadrones (LHC)que está en línea con las expectativas Forma estándarVierta agua fría sobre la anomalía. y El cúmulo de bosones que apareció en 2022Esta medición indicó la existencia de fenómenos más allá del Modelo Estándar, que es la mejor descripción que los físicos han encontrado para partículas y fuerzas.

La repentina masa de partículas amenaza con trastocar el modelo estándar

“El modelo estándar no está muerto”, afirmó Josh Bendavid, físico de partículas del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge y miembro del equipo CMS, cuando presentó el resultado el 17 de septiembre. El anuncio se hizo en un simposio en el CERN. , el laboratorio europeo de física de partículas cerca de Ginebra, en Suiza, que alberga el Gran Colisionador de Hadrones, el resultado del CMS tardó diez años en elaborarse y produjo una masa de 80.360,2 MeV durante 10 años. y “Si el resultado se acerca al resultado de 2022, declararemos la muerte del modelo estándar”, dijo Bendavid.

“La comunidad estará entusiasmada con el hecho de que podamos alcanzar esta precisión y tener esta comprensión del Modelo Estándar a este nivel”, dice Florencia Canelli, física experimental de partículas de la Universidad de Zurich en Suiza, que está trabajando en el CMS. experimento pero no participó en el resultado.

Comodidad para los físicos

Resultado 2022¹El estudio fue producido por un experimento llamado CDF en el Laboratorio Nacional del Acelerador de Partículas Fermi en Batavia, Illinois, utilizando 10 años de datos para calcular que… y El bosón era más pesado de lo esperado, lo que abrió la posibilidad de una ruptura en el modelo estándar, lo que entusiasmó a los físicos. Aunque el modelo tiene un éxito increíble, los físicos se dan cuenta de que no puede ser perfecto porque no explica fenómenos misteriosos como la materia oscura.

Cómo un renovado Gran Colisionador de Hadrones buscará nueva física

La puntuación CMS es la medida más precisa de y Este resultado no puede ser exacto, pero es muy preciso. Son casi idénticos al resultado de la función de distribución acumulativa. También concuerda con las cuatro mediciones que precedieron al número de la función de distribución acumulativa, lo que convierte este valor en una anomalía. “Ambas cosas no pueden ser ciertas”, dice Ashutosh Kotwal, físico de partículas experimental de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, que dirigió el estudio de la función de distribución acumulativa.

“Probablemente habría sido mejor para la sociedad si hubiéramos encontrado algo completamente diferente al modelo estándar, porque habría sido interesante para el futuro de nuestro campo”, dice Elisabetta Manca, física de partículas de la Universidad de California en Los Ángeles. , quien fue uno de los analistas principales de los resultados de CMS. Pero en términos de confianza en el resultado, el valor fue “un alivio”, dice.

Fuerzas fundamentales

y Los bosones, junto con su partícula hermana, gramoEstas partículas participan en la desintegración radiactiva como portadoras de la fuerza nuclear débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Es uno de los pocos valores del modelo estándar que puede predecirse con gran precisión mediante la teoría y también puede medirse mediante experimentos. Esto lo convierte en una excelente manera de buscar grietas en el modelo. “No existen muchas observaciones de alta resolución”, dice Kotwal. “Eso es lo que las hace importantes y valiosas”.

Detectada una extraña partícula formada por cuatro quarks en el Gran Colisionador de Hadrones

Pero y Medir la masa es extremadamente difícil. El Gran Colisionador de Hadrones crea bosones al hacer colisionar protones a energías muy altas. Estos bosones se descomponen rápidamente en otras partículas que se descubren mediante experimentos. Pero en el caso de las partículas medidas por el colisionador, estas partículas se desintegran rápidamente en otras partículas que se detectan mediante experimentos. y En el caso de la masa, falta la mitad de la desintegración, porque el bosón degenera en una sola partícula detectable: el leptón, como el electrón o su pariente más pesado, el muón. La otra partícula, el neutrino, es emitida directamente por el detector sin dejar rastro.

desintegración de muones

El análisis del CMS se centró principalmente en la desintegración de los muones. El equipo reconstruyó las propiedades de los muones de unos 100 millones y La descomposición del LHC con una precisión sin precedentes, afirma Manka. Luego compararon los datos con 4 mil millones de colisiones y desintegraciones simuladas que utilizaron diferentes valores de y Analizamos el grupo (y varios valores de miles de otros parámetros que pueden afectar los resultados) y buscamos la mejor coincidencia. “La conformidad es lo que extraemos”, dice Canelli.

El equipo utilizó el software y la teoría más recientes, calibró sus resultados y los verificó utilizando mediciones alternativas de y y en contra gramo Manka dice que las empresas analizan para asegurarse de que sus métodos funcionen como se espera.

Manka dice que el hecho de que el resultado del CMS sea generalmente consistente con el de otros experimentos del LHC (ATLAS y LHCb) que utilizaron diferentes detectores y metodologías, le da al equipo la confianza de que han llegado al número correcto.

Evaluación de anomalías

Nadie puede decir todavía por qué destaca el resultado del CDF. Una posible razón es que el detector utilizó diferentes herramientas teóricas de CMS para generar sus simulaciones. CDF detectó colisiones de un acelerador de protones-antiprotones se llama tevatronEl LHC sólo colisiona con protones, a diferencia del LHC, que cerró en 2011. “No podemos decir nada: 'Por eso el resultado es tan diferente'”, afirma Manka. “

Kotwal dice que necesitará ver el artículo de CMS, que se publicará en los próximos meses, para ver la metodología del equipo. “La gente ha revisado cómo lo estamos haciendo y no hemos recibido ninguna indicación clara de que haya algo mal”, afirma. “Lo mismo debería hacerse con CMS”.

Acordar la mejor suposición de la humanidad yUn universo masivo requeriría reunir a expertos de cada experimento, así como a teóricos, para intentar comprender los diferentes resultados. “No deberíamos simplemente dejar el resultado de la función de distribución acumulativa como un valor atípico, necesitamos entender por qué o cómo existe”, dice Canelli.

Aunque CMS no encontró anomalías, el proceso de una década creó herramientas que permiten a los físicos realizar otras mediciones precisas. Manka cree que comparaciones de alta precisión acabarán rompiendo el modelo estándar.