Un nuevo resultado del experimento Q-débil en la Instalación Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson del Departamento de Energía proporciona una prueba de precisión de la fuerza débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza. Este resultado, publicado recientemente en Naturaleza también limita las posibilidades de nuevas partículas y fuerzas más allá de nuestro conocimiento actual.
"Las mediciones de precisión como esta pueden actuar como ventanas a un mundo de partículas nuevas potenciales que de otro modo solo podrían ser observables utilizando aceleradores de energía extremadamente alta que actualmente están fuera del alcance de nuestras capacidades técnicas", dijo Roger Carlini, un Laboratorio Jeffersoncientífico y co-portavoz de la colaboración Q-débil.
Si bien la fuerza débil es difícil de observar directamente, su influencia se puede sentir en nuestro mundo cotidiano. Por ejemplo, inicia la cadena de reacciones que alimentan al sol y proporciona un mecanismo para las desintegraciones radiactivas que calientan parcialmente el núcleo de la Tierra yque también les permite a los médicos detectar enfermedades dentro del cuerpo sin cirugía.
Ahora, la colaboración Q-débil ha revelado uno de los secretos de la fuerza débil: la fuerza precisa de su agarre sobre el protón. Lo hicieron midiendo la carga débil del protón con alta precisión, que probaron utilizando los rayos de alta calidaddisponible en la Instalación de acelerador continuo de haz de electrones, una Instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
La carga débil del protón es análoga a su carga eléctrica más familiar, una medida de la influencia que el protón experimenta de la fuerza electromagnética. Estas dos interacciones están estrechamente relacionadas en el Modelo Estándar, una teoría altamente exitosa que describe las fuerzas electromagnéticas y débilescomo dos aspectos diferentes de una sola fuerza que interactúa con partículas subatómicas.
Para medir la carga débil del protón, se dirigió un haz intenso de electrones hacia un objetivo que contenía hidrógeno líquido frío, y los electrones dispersados desde este objetivo se detectaron en un aparato de medición preciso y personalizado. La clave para el Q-débilEl experimento es que los electrones en el haz estaban altamente polarizados, preparados antes de la aceleración para estar mayormente "girando" en una dirección, paralela o antiparalela a la dirección del haz. Con la dirección de polarización rápidamente invertida de manera controlada, elLos experimentadores pudieron aferrarse a la propiedad única de la violación de la paridad similar a la simetría del espejo de la interacción débil, para aislar sus pequeños efectos con gran precisión: se midió una tasa de dispersión diferente en aproximadamente 2 partes en 10 millones para la polarización de dos hacesestados
Se encontró que la carga débil del protón era QWp = 0.0719 ± 0.0045, lo que resulta estar en excelente acuerdo con las predicciones del Modelo Estándar, que tiene en cuenta todas las partículas subatómicas conocidas y las fuerzas que actúan sobre ellas.La carga débil se predice con tanta precisión en este modelo, que el nuevo resultado Q-débil proporciona una idea de las predicciones de partículas pesadas hasta ahora no observadas, como las que puede producir el Gran Colisionador de Hadrones LHC en el CERN en Europa o en futuras partículas de alta energía.aceleradores
"Este resultado experimental muy desafiante es otra pista más en la búsqueda mundial de nueva física más allá de nuestra comprensión actual. Existe una amplia evidencia de que el Modelo Estándar de física de partículas proporciona solo una descripción incompleta de los fenómenos de la naturaleza, pero donde el avance serácome sigue siendo difícil ", dijo Timothy J. Hallman, Director Asociado de Física Nuclear de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía." Los experimentos como Q-débil están cada vez más cerca de encontrar la respuesta ".
Por ejemplo, el resultado Q-débil ha establecido límites sobre la posible existencia de leptoquarks, que son partículas hipotéticas que pueden revertir las identidades de dos clases amplias de partículas fundamentales muy diferentes: quarks giratorios los bloques de construcción de la materia nuclearen leptones electrones y sus contrapartes más pesadas y viceversa
"Después de más de una década de trabajo cuidadoso, Q-débil no solo informó al Modelo Estándar, mostró que la precisión extrema puede permitir que los experimentos de energía moderada logren resultados a la par con los aceleradores más grandes disponibles para la ciencia", dijo Anne Kinney, Subdirector de la Dirección de Ciencias Físicas y Matemáticas de la National Science Foundation. "Tal precisión será importante en la búsqueda de la física más allá del Modelo Estándar, donde los nuevos efectos de partículas probablemente aparecerían como desviaciones extremadamente pequeñas".
"Es información complementaria. Entonces, si encuentran evidencia de nueva física en el futuro en el LHC, podemos ayudar a identificar lo que podría ser, desde los límites que ya estamos estableciendo en este documento", dijo Greg Smith,Jefferson Lab, científico y gerente de proyecto Q-débil.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Thomas Jefferson National Accelerator Facility . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :