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Partículas masivas inesperadas cuestionan el modelo estándar de la física de partículas

Aparecidas en el acelerador de partículas CDF, traen de cabeza a los físicos


Investigadores del CDF del Fermi National Accelerator Laboratory, en Estados Unidos, han publicado recientemente los extraños resultados arrojados por el acelerador de partículas Tevatron. Un excedente de muones (partículas con carga negativa y una masa 200 veces mayor que la del electrón), que no podría explicarse a partir del modelo estándar de física de partículas, trae de cabeza a los físicos. Mientras unos tratan de relacionar estos registros con la materia oscura, otros intentan relacionarlos con la teoría de cuerdas. Los científicos del CDF son más cautos y, después de varios meses de intentar explicar este hecho, han decidido publicar los datos para que pueda abrirse el debate. Por Yaiza Martínez.


Yaiza Martínez
Escritora, periodista, y Directora de Tendencias21. Saber más del autor



Acelerador de partículas circular. Fuente: Fermilab.
Acelerador de partículas circular. Fuente: Fermilab.
El pasado 29 de octubre, el archivo de publicaciones científicas arXiv publicó un artículo en el que investigadores del llamado Collider Detector (CDF) del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) de Estados Unidos, explicaban la aparición de unas misteriosas partículas dentro del acelerador circular de partículas Tevatron, uno de los mayores aceleradores de partículas del mundo.

La revista Nature explica que el efecto de dichas partículas extrañas se habría registrado en casi 100.000 casos, los suficientes como para considerar que su aparición se deba a un evento fortuito. En algunos experimentos físicos, se registran datos o señales extrañas, pero resulta inusual que un efecto raro persista.

Los científicos tratan ahora de comprender la aparición de estos “visitantes fantasmagóricos”, explica uno de los físicos implicados en las pruebas del Tevatron, Tommaso Dorigo, de la Universidad de Padua, en Italia, cuyo blog está lleno de alusiones a este hecho.

Puede haber sorpresas

El CDF está diseñado para encontrar partículas exóticas, raras veces vistas en la naturaleza. La detección de partículas en los experimentos físicos de alta energía no se puede realizar directamente, sino que consiste en rastrear los restos que dejan dichas partículas cuando los haces colisionan dentro de los aceleradores, descomponiéndose.

Analizando las trayectorias de las partículas que salen despedidas tras la colisión, los físicos pueden inferir cuáles son las características de dichas partículas producidas. Las colisiones del CDF se producen dentro de un “canal de haces” de energía de 1,5 centímetros de ancho, que encierra a protones y antiprotones (protones cargados negativamente).

Todo este proceso funciona y permite conocer qué partículas surgen gracias a un conjunto muy preciso de ecuaciones conocido como “modelo estándar de física de partículas”, que es la teoría que describe de manera conjunta tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, a través de las cuales interaccionan las partículas elementales que componen toda la materia.

De hecho, este modelo permite a los científicos comprender qué sucede en el centro del CDF con una gran exactitud. A pesar de todo, parece que aún puede haber sorpresas.

Excedente de muones

En concreto, lo que desconcierta a los físicos del CDF es un excedente de muones registrado por el detector del Tevatron. El muón es una partícula diminuta cuya carga eléctrica es negativa, y su masa es unas 200 veces mayor que la del electrón.

Los muones son uno de los subproductos más comunes de las colisiones entre haces, pero el resultado de éstas en el CDF ha dado un número “mucho mayor de lo esperado” de descomposiciones productoras de exceso de muones.

Por otro lado, y según publica la revista Newscientist, a los investigadores también les ha sorprendido que algunos de estos muones “extra” parecen haber sido creados fuera del “canal de haces”, sin dejar rastro alguno en la capa interior del detector de partículas.

Durante meses, los físicos han intentado comprender a qué se debe este fenómeno, al que califican “sin sentido” e imposible de explicar utilizando el modelo estándar de física de partículas. Finalmente, han optado por publicar los datos para que otros físicos los puedan estudiar y se abra un debate al respecto.

Posibles explicaciones

Mientras el equipo del CDF se resiste a especular, otros físicos comienzan a hacerlo. Si la señal registrada como exceso de muones no es ficticia, esto significaría que una partícula desconocida, con un tiempo de vida de aproximadamente 20 picosegundos (un picosegundo es la billonésima parte de un segundo), habría recorrido alrededor de un centímetro, de un lado a otro del flanco del canal de haces, y después se habría descompuesto en muones.

Según los científicos, un centímetro es un largo recorrido para la mayoría de las partículas antes de descomponerse, por lo que dar con una partícula de tan “larga vida” sería un gran descubrimiento.

Las teorías que se están lanzando son las siguientes, según Nature y Newscientist: Por un lado, algunos físicos afirman que los muones excedentarios podrían proceder de la descomposición de una partícula pesada, aún no descubierta, quizá relacionada con la llamada materia oscura, una clase de materia hipotética, de composición desconocida, objeto de estudio de la astrofísica y la cosmología que, según se cree, podría constituir el 85% del universo.

Otra posibilidad que manejan los físicos teóricos procede de la Teoría de Cuerdas, un modelo fundamental de la física que señala la existencia de branas de siete dimensiones habitadas por partículas exóticas que se manifiestan como cuerdas. Estas branas albergarían partículas que interactuarían ligeramente con nuestro mundo tridimensional creando una leve, aunque detectable, señal en los datos recopilados en el CDF. Estudios ulteriores quizá puedan desvelar la respuesta.



Viernes, 7 de Noviembre 2008
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Nota



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1.Publicado por Aznar el 08/11/2008 00:06
Eureka !!! las branas existen, aunque advierto, yo no soy experto en estos temas.



2.Publicado por alejo el 08/11/2008 01:08
hago una pregunta a uds que saben....... ya que la materia y la antimateria se desruyen creando energia ¿ la energia y la anti enrgia se transforman en materia?, no se que seria la antienergia..pero bueno podria suceder esto?

3.Publicado por Guillermo Rodriguez el 10/11/2008 19:39
Alejo, la "antienegia" no existe como concepto, pero hay algo le llaman "energia oscura" que causa antigravedad. al interactuar con la energia no se genera materia. de la sola energia pueden crearse materia y antimateria (a la vez).

4.Publicado por José Luis Carmona el 14/11/2008 03:58
Ojo, esto es importantísimo. Podría ser la primera evidencia de la existencia de la materia oscura, lo cual daría la razón a Hawkins, y nos revelaría los íntimos secretos de la Gravedad --y con su estudio, cómo poder controlarla--, completando con ello la ley de las cuatro fuerzas fundamentales. Es decir, quizá estemos ante el descubrimiento de la fuente del llamado "gravitón", o quizá sea esa misma fuente en sí, --o sea, la materia oscura-- la que actúe como nexo físico de unión entre el resto de materia que nos es conocida del Universo, y en tal caso las tres primeras fuerzas fundamentales de la materia ordinaria también le sean aplicables en igual o proporcional medida a esta nueva clase de materia, y por tanto el vacío tal y como lo entendemos, realmente no exista en ninguna parte del Universo, nunca haya existido, ni se podría llegar a determinar su existencia.

También podría darse el caso, de existir, que los gravitones permearan y envolvieran a la materia en todas direcciones --literalmente la materia "nadaría" en un mar de gravitones--, y que entre éstos existiera algún nuevo tipo de fuerza de interacción que de alguna forma "arrastrara" consigo a la materia. En otras palabras, podría ocurrir que tanto la materia conocida como la materia oscura lleguen a solaparse en el espacio-tiempo ocupado por la primera, y sea éste solapamiento el verdadero causante tanto de la fuerza de la gravedad como de la expansión del Universo, dependiendo para uno u otro efecto únicamente de la diferencia de densidades entre materia oscura y materia+materia oscura.

Es únicamente mi opinión personal. Y perdón por la torpeza de mi léxico.

5.Publicado por �Alejandro Álvarez Silva el 14/11/2008 20:28
Muy interesante descubrimiento. Respecto a la materia y la propia energía oscura pueden leer mi artículo: "Materia, energía oscura y supersimetría". (Biblopia.com, Geothesis, Foro Esencia, etc.). Saludos:
Alejandro Álvarez

6.Publicado por José Alsina Maspera el 28/11/2008 17:36
Yo creo que la energía oscura es la succión o atracción del infinito o la eternidad atemporal sobre nuestro Universo. Nuestro Universo se expansiona exponencialmente hacia lo ABSOLUTO y ATEMPORAL.
La energía oscura tiende a lo infinito. El infinito es eterno, pero atemporal.
Agradecería comentarios.
josealsinamaspera@hotmail.com

7.Publicado por Carlos el 29/11/2008 17:49
Espero que alguien importante lea esto, aunque posiblemente no pero bueno yo lo digo de todas maneras.

Si cada picosegundo es 1 billonesima parte de segundo

Y la particula viajó 1 cm en 20 picosegundos

Haciendo los calculos correspondientes obtenemos que la particula viajo a 500.000 km/s siendo la velocidad de la luz de casi 300.000 km/s luego creo que estan equivocados....

8.Publicado por ferney el 13/12/2008 18:37
hola. sera q la naturaleza de nuestro alrededor y la energia q supuestamente los humanos tenemos, cuando morimos liberan grandes particulas las cuales quedan y son negativas buscando formas de unio. suena muy fictisio pero las cosas no son como lo creemos o miren nuestra historia

9.Publicado por Nostradamus el 10/01/2009 21:18
ALEJO Crear antimateria hoy es posiible pero realmente nos serviria de poco o nada. Además de tener que utilizar un métodeo costosísimo sólo se podría obtener a nivel de subpartículas ya que obtener un sólo gramo de antimatéria, con los métodos actuales nos llevaría cientos de miles de años de conseguir.
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10.Publicado por José Hernández el 01/02/2009 01:28
En el artículo se habla que los datos fueron publicados. Quisiera conocer una fuente confiable donde se encuentren publicados dichos datos de manera gráfica para apreciar su registro tras lo experimentado en el CDF, o me gustaría saber qué se debe hacer para obtener ese material publicado. Agradezco cualquier información. Gracias.
Para alguna respuesta a mi comentario mi correo es josephleonard80237338@hotmail.com. Chao.

11.Publicado por José Luis Carmona el 01/02/2009 15:51
Para José Hernández:

http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0810/0810.5357v2.pdf

Espero haberte servido de ayuda.

Un saludo. José Luis.

12.Publicado por Francisco Jose Menchen Caballero el 18/02/2009 12:34
Hola a todos,

Es natural que la imaginación se eche a volar ante descubrimientos tan prometedores, pero hay que tener un poco de rigor y llevar a la imaginación de la mano de lo que ya se sabe y proponer un número limitado de modificaciones para explicarlo.

De momento sólo tenemos un experimento con estos datos. Hya que intentar reproducirlos en alguna otra parte del mundo por otro equipo de científicos. De confirmarse o en cuanlquier caso ya en paralelo hay que ver si teoricamente somos capaces de explicar los datos, por ejemplo postulando una nueva partícula con unas características lo más precisas posibles, o modificando el propio espacio-tiempo como alguna de las teorías de unificación de la mecánica cuantica con la relatividad como la de Supercuerdas que se menciona, la gravedad cuántica de bucles, etc... y tras esto ver si habría alguna consecuencia más; por ejemplo en otros efectos aun no medidos o sin explicar como por ejemplo a nivel macroscópico si esta nueva partícula fuera una de las candidatas a Materia oscura...

Sin más datos y sin rigor lo único que haríamos es especular y de ahí a hablar de un posible mundo de elefantes rosas hay sólo un paso.

Dicho esto me parece el mejor descubrimiento en mucho tiempo, si se confirma, ya que el LCH del CERN no parece que vaya a arrancar antes de finales de 2009. Ojalá sea las particulas de interacción débil superpesadas (WIPS, etc...)

Un abrazo

Fran
PD Tengo un blog donde trato de hablar de todo esto y de matematicas por si os pudiera interesar: http://www.franciscojosemenchencaballero.blogspot.com/

13.Publicado por Mariano el 22/11/2010 04:42
Este comentario es para todos los comentaristas.
Les aconsejo que lean y estudien el artículo "La materia es en realidad energía oscura"
Observarán que hay muchos conceptos, fenómenos antiguosy modernos y experimentos que la ciencia todavía no ha explicado
De acuerdo con esa nueva teoría se explican prácticamente la totalidad de tales misterios
Uno de ellos es la formación y produción de antipartículas. Se deduce que se pueden producir muchos tipos de partículas diferentes, dependiendo de la cantidad de energía empleada, y pueden aparecer excedentes de cualquier tipo de ellas. Np deberían de sorprenderse. Es como si diéramos un golpre con un martillo sobre un material granuloso no homogéneo; se producirán partículas diferentes y algunas en exceso.

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