Modelo de un acelerador utilizado para bombardear litio en un experimento clave. Ubicado a la entrada del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia de Ciencias de Hungría.El modelo estándar de física de partículas elementales (partículas y sus interacciones, que describe todo lo que hemos creado o colisionado en el laboratorio) sorprendentemente hace frente a la predicción de todo lo que es visible en nuestros experimentos. De la materia a la antimateria, de la síntesis a la fisión, de las partículas sin masa a las más pesadas, estas reglas fundamentales han pasado todas las pruebas experimentales. Pero quizás un fenómeno inesperado se esconde en las huellas de la desintegración radiactiva. Nuestro lector de Hungría quiere saber:
Las noticias sobre la apertura de la quinta interacción en Hungría están muy cubiertas. Me interesaría conocer su punto de vista sobre este asunto. ¿Crees que esto es cierto o eres escéptico?
Si ha encontrado
informes sobre el descubrimiento de la quinta interacción, entonces el experimento en cuestión se basa en un isótopo extremadamente inestable: el berilio-8.
Si hablamos de la materia constitutiva, es probable que la parte más importante del rompecabezas sea este isótopo. Nuestro Sol, y casi todas las estrellas, reciben energía al sintetizar helio a partir de hidrógeno, en particular helio-4, con dos protones y dos neutrones. En las etapas posteriores de la vida, el núcleo del Sol, lleno de helio, se encogerá y calentará, e intentará crear elementos aún más pesados. Si combina dos núcleos de helio-4, puede obtener un núcleo con cuatro protones y cuatro neutrones: berilio-8. El único problema es la extrema inestabilidad del berilio-8, que, después de
10-17 s, se descompone nuevamente en dos helio-4. Solo en los núcleos de los gigantes rojos es la densidad de la materia lo suficientemente alta como para que sea posible ajustar el tercer núcleo de helio-4 a tiempo y crear carbono-12, y construir con éxito elementos cada vez más pesados.
De lo contrario, como en todos los experimentos de laboratorio, el berilio-8 simplemente se descompone de nuevo en dos núcleos de helio. Pero nuestras tecnologías experimentales son muy sofisticadas, e incluso en los breves momentos de su vida, no solo podemos crear berilio-8 de otra manera (bombardeando litio-7 con protones), sino también crearlo en un estado excitado en el que, antes de la descomposición, emitirá un fotón de alta energía. Este fotón tendrá suficiente energía para poder descomponerse en un par electrón / positrón, lo que ocurre con todos los fotones de energías suficientemente altas. Al medir el ángulo relativo entre el electrón y el positrón, se espera que sea más pequeño, mayor es la energía del fotón. Esto se desprende de las leyes de conservación de la energía y el momento, mezcladas con pequeñas variables aleatorias dependiendo de la orientación de la desintegración.
Pero el equipo húngaro dirigido por Atilla Krasnakhorkai no encontró esto en absoluto. Con un ángulo creciente, la fracción de electrones y positrones debería disminuir. Pero los científicos han encontrado un aumento relativo inesperado en un ángulo de 140 grados, lo que puede significar mucho. Por ejemplo:
• Un error en el experimento cuando se mide no una señal, sino algo más.
• Un error de análisis al aplicar el segmento incorrecto (usted decide qué datos vale la pena dejar y qué información será un ruido contaminante inútil del que debe deshacerse).
• Si el resultado es confiable, esto puede indicar la existencia de una nueva partícula: una partícula compuesta que consiste en partículas de un modelo estándar o, lo que es más interesante, una completamente nueva y fundamental.
Los datos parecen bastante buenos. Por supuesto, el mismo equipo húngaro anunció el descubrimiento de "irregularidades" en las desintegraciones del berilio-8 excitado, pero no con tal grado de importancia - 1 posibilidad de 10
11 de que esto sea una aleatoriedad estadística (6.8-σ) - y no con tal cantidad de eventos: cientos de eventos en muchos canales sobre el fondo. Solo una partícula inestable masiva se pudriría con un ángulo de dispersión diferente al de las partículas sin masa (fotones) esperadas en este experimento, y esta sigue siendo la explicación principal de la "rugosidad" del gráfico en un ángulo de 140º. Si eso resulta ser cierto. Krasnakhorkai expresa una gran confianza en su resultado, medido utilizando equipos completamente actualizados en comparación con sus experimentos anteriores.
El resultado puede no estar justificado; puede que no sea posible reproducirlo; Esto puede ser un error de experimento. Esta es la mejor parte, pero también la carga del trabajo científico: incluso los resultados más confiables e innovadores deben confirmarse de forma independiente. Pero si es una partícula nueva, puede cambiarlo todo. La energía en reposo de una partícula - 17 MeV / c
2 - es muy interesante. Su giro es 1, lo que indica que es un bosón (o algo similar). Se mueve una distancia lo suficientemente grande como para medir su vida útil,
10-14 segundos, lo que nos dice que esta es una decadencia débil, y no electromagnética, es decir, es un estado no relacionado de leptones. No puede ser una combinación de dos quarks, porque es demasiado ligero, de lo contrario tendría que ser 10 veces más pesado. Si se trata de una partícula real, lo más probable es que se trate de algún
tipo de partículas completamente nuevas que no forman parte del Modelo Estándar.
Esta explicación se aplica a todo:
• Conduciría a la aparición de tal ángulo de propagación (140º) de productos de descomposición, debido a la relación de su masa en reposo con las masas del electrón y el positrón en el que se descompone.
• Nos daría la primera salida más allá del Modelo Estándar, que, en nuestra opinión, debería existir y que aún no hemos encontrado.
• En potencial, incluso podría explicar el valor anómalo del momento magnético del muón, un pariente más pesado del electrón.
Pero esto es solo si la partícula realmente existe. Un resultado de 6.8-σ sería emocionante en el caso del análisis ciego, pero un equipo de científicos buscó específicamente una partícula de este tipo. En ciencia, hay una historia de descubrimientos de exactamente lo que los científicos estaban buscando, incluso cuando en realidad esto no existía. Fokke de Boer, que realizó estos experimentos antes de Krasnakhorkai, descubrió tales partículas, pero no pudo confirmar y reproducir sus resultados.
Sabemos que fuera del Modelo Estándar debe haber una nueva física fundamental, nuevas partículas y nuevas interacciones, y tal vez la primera pista de esto se descubrió en este experimento. Pero, respondiendo a la pregunta del lector, soy escéptico de los resultados al mismo tiempo, y puedo imaginar que son reales. El descubrimiento de un neutrino moviéndose más rápido que la luz en OPERA y el descubrimiento del bosón de Higgs en los experimentos CMS / ATLAS fueron de la misma calidad. Solo el tiempo y los estudios adicionales determinarán de qué tipo será este nuevo resultado, potencialmente capaz de ser una partícula de materia oscura.