Artículo publicado por Kathryn Jepsen el 27 de agosto de 2012 en Symmetry Breaking
Antes de que los físicos que trabajan
con aceleradores puedan declarar el descubrimiento de un bosón de Higgs,
o de cualquier otro añadido al zoo de partículas, tienen que demostrar
que comprenden las partículas que hacen colisionar.
Los científicos del Observatorio de
Rayos Cósmicos Pierre Auger en Argentina pusieron a prueba recientemente
la teoría que gobierna el comportamiento de los protones, las
partículas que colisionan en el Gran Colisionador de Hadrones. Lo
hicieron a energías mucho mayores de lo que pueden alcanzar los
aceleradores creados por la humanidad.
Contador de rayos cósmicos © by µµ
Buenas noticias: La teoría se confirma.
En el tema de la comprensión de los
protones, “Auger toma el relevo donde lo deja el LHC”, dice la físico
del Fermilab Eun-Joo Ahn. Ahn presentó sus resultados, que se publicaron
en el ejemplar de este mes de la revista Physical Review Letters, en un seminario el 24 de agosto en el Fermilab.
En el LHC, los científicos dirigen dos
haces de protones alrededor de un anillo en una ruta de colisión. Cuando
interactúan los dos protones, la energía de la colisión se convierte en
masa, generando brevemente partículas que no estaban presentes antes
del impacto de los protones. Esas partículas pueden entonces
desintegrarse.
Para que los científicos puedan predecir
el resultado de estas colisiones, tienen que comprender la
cromodinámica cuántica, o QCD, la teoría de las interacciones entre los
quarks y los gluones que forman un protón.
“La QCD normaliza los datos que nos
dirán si esperamos ver 10 o 10 millones de partículas”, dice el físico
del Fermilab Brendan Casey, miembro del experimento Muon g-2. “Si
esperamos 10 bosones de Higgs y en su lugar vemos 10 millones de una
nueva partícula, sabremos que no es el Higgs”.
Los teóricos han llegado a varios
modelos de QCD. La mejor forma de poner a prueba estos modelos es hacer
colisionar protones y medir la tasa a la que interactúan entre sí. La
tasa de interacción depende de la energía; protones de mayor energía
interactúan con más frecuencia.
“Es como si cuanto más rápido se
movieran, más se hinchasen, y más probable fuese su interacción”, dice
el físico del Fermilab Paul Lebrun de la colaboración Pierre Auger.
Los científicos quieren medir las
interacciones protón-protón en distintas energías debido a que, a veces,
las partículas hacen cosas inesperadas. Si haces impactar un haz de
neutrinos en un objetivo a corta distancia, tendrás un resultado muy
diferente que si colocas el objetivo a larga distancia. Esto se debe a
que los neutrinos oscilan, o cambian su tipo, cuando viajan.
Si los protones interactuaban de manera
distinta a lo esperado en energías altas, podría ser una señal de la
supersimetría o de dimensiones adicionales.
En la Tierra, los científicos pueden
poner a prueba las tasas de interacción protón-protón hasta a una
energía de 7 TeV, la máxima energía lograda hasta el momento en el LHC.
Cuando alcance la máxima energía para la que fue diseñado, el LHC
elevará ese límite hasta los 14 TeV.
Nada de esto tiene importancia para los
protones del espacio. Las rayos cósmicos impactan en la atmósfera de la
Tierra a energías que los físicos que trabajan en los aceleradores
apenas pueden imaginar. Los científicos pueden extrapolar medidas de
interacciones protón-protón de mayor energía a esas colisiones de
protón-aire.
El Observatorio Pierre Auger estudió
recientemente los rayos cósmicos para realizar la medida más precisa
hasta la fecha de las interacciones protón-protón a una energía
inaccesible en el LHC, 57 TeV.
Las medidas se ajustan bien a los actuales modelos de QCD.
“No es probable que se realicen jamás
medidas a energías mucho mayores”, dice Martin Block, profesor de física
y astronomía en la Universidad Northwestern, cuyo artículo predice
correctamente las medidas de Pierre Auger que se aceptaron recientemente
para su publicación en la revista Physical Review D. “Es en final del camino”.
Autor: Kathryn Jepsen
Fecha Original: 27 de agosto de 2012
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