Los físicos han realizado una medición ultra precisa de la masa del bosón W, un componente clave en la comprensión de las fuerzas fundamentales del universo. Este hallazgo confirma las predicciones del Modelo Estándar, proporcionando una nueva perspectiva sobre este fundamental bloque de la materia.
En un artículo publicado en la revista Nature, un equipo internacional, que incluye a físicos del MIT, reporta esta nueva medición. El bosón W es uno de los dos partículas elementales responsables de la fuerza débil, que permite la transformación de partículas como protones y neutrones.
Medición precisa del bosón W
Para determinar la masa del bosón W, los científicos analizaron más de 1,000 millones de eventos de colisiones de protones producidos por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, Suiza. Estas colisiones generan una gran variedad de partículas, entre ellas, el bosón W.
Cazar un bosón W es complicado, ya que se desintegra casi de inmediato en dos partículas, una de las cuales, el neutrino, es indetectable. Los investigadores midieron la otra partícula, conocida como muón, para inferir la masa del bosón W. En este estudio, se utilizó el experimento Compact Muon Solenoid (CMS) para rastrear con precisión los muones generados en las colisiones.
Resultados y conclusiones
De miles de millones de colisiones, el equipo identificó 100 millones de eventos que resultaron en un bosón W desintegrándose en un muón y un neutrino. La medición final determinó que la masa del bosón W es 80360.2 ± 9.9 megaelectronvolts (MeV), alineándose con las predicciones del Modelo Estándar.
Este nuevo resultado es comparable a una medición previa del experimento Collider Detector en Fermilab, que había sorprendido a los físicos al ser significativamente más alta que las predicciones del Modelo Estándar. Sin embargo, la nueva medición del CMS respalda la teoría y sugiere que los físicos están en un terreno sólido en su comprensión del bosón W.
“Es un gran alivio, para ser honesto”, comenta Kenneth Long, uno de los autores principales del estudio. “Esta nueva medición es una fuerte confirmación de que podemos confiar en el Modelo Estándar”.
El estudio cuenta con la participación de más de 3,000 miembros de la colaboración CMS del CERN y un equipo central de aproximadamente 30 científicos de 10 instituciones, liderados por el MIT.
Perspectivas futuras
El bosón W fue descubierto en 1983 y se considera uno de los cuatro partículas más pesadas. A lo largo de los años, varios experimentos han tratado de medir su masa, mayormente con resultados que concuerdan con el Modelo Estándar. La medición de 2022 por Fermilab sigue siendo un outlier significativo.
“Si tomas la medición de Fermilab al pie de la letra, dirías que debe haber física más allá del Modelo Estándar”, añade Christoph Paus, coautor del estudio. “Buscamos confirmar o refutar esos hallazgos con una medición independiente”.
El equipo analizó eventos de colisiones de protones del LHC en 2016. Durante su operación, el colisionador genera colisiones a un ritmo de aproximadamente una cada 25 nanosegundos, permitiendo al equipo identificar eventos que producen un bosón W.
