Uno de los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha permitido la observación de eventos muy raros que podrían ayudar a llevar la física más allá de su comprensión actual del mundo.

La nueva observación del experimento de solenoide de muón compacto (CMS), realizada por físicos de Caltech y el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) –donde se aloja el acelerador LHC–, implica la producción simultánea de tres bosones W o Z, “partículas mediadoras” subatómicas que portan la fuerza débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, que es responsable del fenómeno de la radiactividad, así como un ingrediente esencial en los procesos termonucleares que se registran en el Sol.

Los bosones son una clase de partículas que también incluyen fotones, que forman la luz; el bosón de Higgs, que se cree que es responsable de dar masa a la materia; y gluones, que unen los núcleos. Los bosones W y Z son similares entre sí en que ambos llevan la fuerza débil, pero son diferentes en que el bosón Z no tiene carga eléctrica. La existencia de estos bosones, junto con otras partículas subatómicas como los gluones y los neutrinos, se explica por lo que se conoce como el Modelo Estándar de la física de partículas.

Los eventos que producen los tríos de bosones ocurren cuando intensos haces de protones de alta energía que se han acelerado a casi la velocidad de la luz son llevados a una colisión frontal en algunos puntos a lo largo del camino circular del LHC.

Cuando dos protones colisionan, los quarks y gluones en los protones se separan, y cuando eso sucede, los bosones W y Z pueden aparecer; en casos muy raros, aparecen como trillizos: WWW, WWZ, WZZ y ZZZ. Tales tripletas de bosones W y Z, dice Newman, solo se producen en uno de cada 10 billones de colisiones protón-protón.

Estos eventos se registran utilizando el CMS, que rodea uno de los puntos de colisión a lo largo de la ruta del LHC. Estos eventos son 50 veces más raros que los utilizados para descubrir el bosón de Higgs.

“Con el LHC creando una enorme cantidad de colisiones, podemos ver cosas que son muy raras, como la producción de estos bosones”, dice en un comunicado el autor principal Harvey Newman, profesor de Física en Caltech.

Es posible que los bosones W y Z interactúen entre sí, permitiendo que los bosones W y Z creen aún más bosones W y Z; Estos pueden manifestarse como eventos con dos o tres bosones masivos. Aún así, esta creación es rara, por lo que cuantos más bosones se producen, menos frecuente es la producción. La producción de dos bosones masivos se ha observado y medido previamente con buena precisión en el LHC.

La creación de estos bosones no era el objetivo específico del experimento, dice Newman. Al recopilar suficientes datos, incluidos muchos eventos con tripletes de bosones y otros eventos raros, los investigadores podrán probar las predicciones del modelo estándar con mayor precisión y eventualmente podrán encontrar y estudiar las nuevas interacciones que se encuentran más allá.

“Al observar la rotación y distribución de las galaxias, sabemos que debe haber materia oscura que ejerza su influencia gravitacional, pero la materia oscura no encaja en el Modelo Estándar. No hay espacio en ella para partículas oscuras, ni incluye la gravedad, y simplemente no funciona a las escalas de energía típicas del universo primitivo en los primeros momentos después del Big Bang. Sabemos que hay una teoría más fundamental aún por descubrir que el Modelo Estándar”, dice Newman.

La próxima prueba experimental de tres años, programada para 2021-24, ya se está preparando. Al final de esa ejecución, el equipo se actualizará para aumentar su capacidad de recopilación de datos 30 veces.

“Hay un gran potencial no realizado. La gran cantidad de datos que ya hemos recopilado todavía representa solo un pequeño porcentaje de lo que esperamos recopilar después de las principales actualizaciones tanto del CMS como del LHC, en el LHC de alta luminosidad que está programado para funcionar 10 años a partir de 2027. Estamos apenas al comienzo de este programa de física de 30 años”, dice.

Fuente: europapress.es