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» » » A la caza de partículas, los leptoquarks

Referencia: Phys.org .
por Jim Pivarski, 22 de octubre 2012

Todos los átomos de nuestro cuerpo están compuestos de electrones, protones y neutrones, y los protones y los neutrones se pueden descomponer en quarks. Luego entonces, fundamentalmente, estamos hechos de los dos tipos de partículas: electrones y quarks. Pero, ¿qué significan estas etiquetas? ¿Por qué decimos que los electrones y los quarks son diferentes unos de otros?

Ya que no vienen con etiquetas de identificación, tenemos que definir las partículas por la forma en que interactúan. Es un poco como la catalogación de la fauna silvestre de un nuevo continente, al principio, todo es extraño, pero al final acabamos viendo cómo las especies pueden ser agrupadas en patrones. Algunos animales graznan y caminan como patos, por lo que los llamamos a todos patos, mientras que otros son peludos y construyen represas, así que decidimos llamarlos castores. Cuando los primeros físicos exploraron el mundo subatómico, se dieron cuenta de que había dos tipos básicos de interacciones nucleares, una mucho más fuerte uno que la otra. A día de hoy, se les llama fuerza débil y fuerza fuerte a falta de mejores denominaciones.

De análoga forma, las partículas de materia se agrupan en dos clases: leptones y hadrones, que provienen de las palabras griegas para pequeño y grande. Curiosamente, a los leptones parece que no les afecta en absoluto la fuerza fuerte, mientras que los hadrones están completamente dominados por ella. Aunque los leptones, igual que el más conocido electrón, se pueden convertir en otros leptones (muones, taus y neutrinos), el número total de leptones en el universo parece ser constante (contando a un leptón de materia como un más uno y a un leptón de antimateria como menos uno). Lo mismo ocurre con los quarks, el bloque de construcción fundamental de los hadrones. Puede haber una razón profunda para esta similitud, pero nada se sabe todavía.

Los leptoquarks se producen en pares, y cada uno se desintegraría en un leptón (por ejemplo, un electrón) y un quark (que se convierte en un chorro). Este es uno de los acontecimientos leptoquark que se hallan en los datos del CMS. Hay pocas explicaciones que descarten las explicaciones estándar de la física.

La semejanza entre los leptones y los quarks son aún más sorprendentes en cuanto a la forma en que interactúan con la fuerza débil. Muchos físicos sospechan que esta similitud entre leptones y hadrones no son un simple accidente, y que podría estar relacionada de alguna manera. Si es así, entonces podría haber una nueva partícula que fuese un poco de ambas (el "leptoquark"). Tal cosa sería tan sorprendente como el descubrimiento del ornitorrinco, un mamífero que pone huevos como un pato y, sin embargo, es tan peludo como un castor.

Los físicos han estado buscando leptoquarks durante años, pero nunca he encontrado uno. Caso de existir, entonces deben tener una masa superior a lo que experimentos anteriores fueron capaces de obtener. Los leptoquarks también podría permitir que la materia ordinaria se desintegrara espontáneamente, algo que nunca se ha observado. Si los leptoquarks tienen una masa elevada, entonces las fluctuaciones de la materia ordinaria rara vez podría alcanzarlo y su desintegración sería muy poco frecuente. Ambas consideraciones apuntan a una escala de alta energía, por lo que vale la pena buscar leptoquarks en el LHC, el acelerador de más alta energía del mundo.

Buscando a través de todos los datos del CMS recogidos en el año 2011, lo que corresponde a cerca de 500 billones de colisiones protón-protón. Estaban buscando eventos en los que un leptoquark y un anti-leptoquark fueron hayan sido producidos por la energía de una colisión, descomponiéndose cada uno en un leptón y un quark (o su equivalente de antimateria). Algunos leptones, como el electrón, dejan una huella clara en el detector CMS, mientras que otros, como el neutrino, son invisibles para el detector y deben inferirse de un desequilibrio en los restos. Un quark siempre produce una pulverización de partículas conocidas como un chorro.

La búsqueda ha permitido un puñado de sucesos con estas características, pero no más de lo que cabría esperar de los procesos físicos conocidos. Por lo tanto, este resultado establece unos límites aún más estrictos respecto a la masa de los leptoquarks. El trabajo en el CMS ya es difícil examinando los datos recogidos en 2012, en el que la energía de colisión de protones es mayor y por tanto capaz de producir leptoquarks más masivos, si es que existen.

¿Por qué buscar entre una montaña de datos una partícula que podría no existir? Parafraseando a George Mallory, "Porque podría estar ahí."


- Fuente e imágenes: CERN-CMS .
- Imagen 1) Los leptones y quarks naturalmente caber en tres generaciones de dobletes basado en la forma en que interactúan con la fuerza débil. Los físicos no saben por qué los dos tipos de partículas se ajustan al mismo patrón.
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