– Madrid, 25 Sep (EUROPA PRESS) – Físicos de partículas han medido la intensidad de la fuerza fuerte con una incertidumbre sin precedentes de menos del 1% utilizando el bosón Z, portador eléctricamente neutro de la fuerza débil.
Los físicos de partículas han medido la intensidad de la fuerza fuerte con una incertidumbre sin precedentes, inferior al 1%, utilizando el bosón Z, portador eléctricamente neutro de la fuerza débil.
La fuerza que une los quarks para formar protones, neutrones y núcleos es tan fuerte como su nombre indica. La fuerza fuerte que transportan las partículas gluónicas es la más potente de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, siendo las otras la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la gravedad. Sin embargo, es la que se mide con menos precisión de estas cuatro fuerzas.
Científicos del equipo de la Colaboración ATLAS, que trabaja en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de la Organización Europea de Investigación Conjunta de Aceleradores de Partículas (CERN), han enviado un artículo a Nature Physics, que ya está disponible en el servidor de preimpresiones arXiv.
La intensidad de la fuerza fuerte se describe mediante un parámetro fundamental del Modelo Estándar de la física de partículas denominado constante de acoplamiento fuerte. El conocimiento de la constante de acoplamiento fuerte ha mejorado con mediciones y desarrollos teóricos a lo largo de los años, pero la incertidumbre sobre su valor sigue siendo órdenes de magnitud mayor que las constantes de acoplamiento de otras fuerzas fundamentales, informa el CERN en un comunicado.
Se necesitan mediciones más precisas de la constante de acoplamiento fuerte para mejorar la exactitud de los cálculos teóricos de los procesos de partículas en los que intervienen fuerzas fuertes. También es necesario abordar importantes cuestiones sin respuesta sobre la naturaleza, como la posibilidad de que todas las fuerzas fundamentales tengan la misma fuerza y un origen común a energías muy altas, o que interacciones nuevas y desconocidas puedan estar modificando la fuerza fuerte en procesos y energías específicas.
En un nuevo estudio sobre la constante de acoplamiento fuerte, la colaboración ATLAS analizó los bosones Z producidos en colisiones protón-protón en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN Los bosones Z se producen normalmente cuando dos quarks en protones en colisión se aniquilan mutuamente. Durante este proceso de interacción débil, se ejerce una fuerza fuerte mediante la radiación de gluones del quark que se aniquila.
Esta radiación da al bosón Z una «patada» transversal (momento transversal) a través del eje de colisión. La magnitud de esta patada depende de la constante de acoplamiento fuerte, que puede determinarse midiendo con precisión la distribución del momento transversal del bosón Z y comparándola con cálculos teóricos igualmente precisos.
En el nuevo análisis, el equipo de ATLAS seleccionó claramente bosones Z que decaen en dos leptones (electrones o muones) y midió el momento transversal del bosón Z a través de sus productos de desintegración. Comparando estas medidas con las predicciones teóricas, los investigadores pudieron determinar con precisión que la constante de acoplamiento fuerte del bosón Z en la escala de masas es de 0,1183 ± 0,0009.
Con una incertidumbre relativa de sólo el 0,8%, este resultado es la determinación más precisa de la fuerza de acoplamiento fuerte realizada por un único experimento hasta la fecha. Este resultado es coherente con la media mundial actual de determinaciones experimentales y con los cálculos más avanzados conocidos como cromodinámica cuántica de celosía.
Este récord de precisión se ha logrado gracias a los avances tanto experimentales como teóricos. Desde el punto de vista experimental, los físicos de ATLAS lograron una comprensión detallada de la eficiencia de detección y la calibración del momento de los dos electrones o muones generados a partir de la desintegración del bosón Z, lo que dio lugar a precisiones del momento de entre el 0,1% y el 1%.
En el aspecto teórico, los investigadores de ATLAS utilizaron los cálculos más avanzados del proceso de producción del bosón Z, teniendo en cuenta hasta cuatro «bucles» de la cromodinámica cuántica. Estos bucles representan la complejidad del cálculo en términos de los procesos que contribuyen. Aumentar el número de bucles incrementa la precisión.
La intensidad de la fuerza nuclear fuerte es un parámetro importante del Modelo Estándar, pero su precisión es de sólo unos pocos puntos porcentuales. Por cierto, a las energías medidas en el LHC, la fuerza electromagnética, que es 15 veces más débil que la fuerza nuclear fuerte, se conoce con una precisión de más de una parte por billón», dice el físico del CERN Stefano Camarda, miembro del equipo de análisis.
El hecho de que hayamos sido capaces de medir la fuerza del acoplamiento fuerte con una precisión del 0,8 por ciento es un logro notable. Esto demuestra que los experimentos LHC y ATLAS tienen el poder de ampliar las fronteras de la precisión y mejorar nuestra comprensión de la naturaleza».
