Los físicos del Fermilab han anunciado un paquete de 25 nuevos resultados experimentales que permiten alcanzar, cada vez con más y más precisión una mayor comprensión de la física del quark top. Los datos sobre la producción de un solo quark top podrían revelar indicios de la nueva física y una mejor comprensión de cómo la masa llega a serlo.El quark top es la partícula fundamental más pesada. Las partículas fundamentales son los elementos más básicos de la materia, que no se pueden dividir en partes. A pesar de que es tan pequeño, el quark top es tan pesado como un átomo de oro, que se compone en parte de casi 200 protones y neutrones.
"Creemos que el quark top puede ser especial por ser tan masivo", dijo Bernd Stelzer, un físico experimental de la colaboración del FCD. "Queremos verlo desde todos los ángulos".
Los físicos del Fermilab están examinando la producción, las propiedades y la decadencia de los quarks top para obtener la imagen más completa posible de la partícula. Ellos comparan sus observaciones con las predicciones hechas por el modelo estándar de la física y por las teorías que se basan en ese modelo.
Las colaboraciones FCD y DZero en Fermilab anunciaron 25 nuevos resultados experimentales de este verano, que llevaron las mediciones del quark top a una mayor precisión, informó Stelzer en la conferencia "Fisica en colisión" en Kobe, Japón, esta semana.
La pequeña partícula, con una masa enorme ha inspirado teorías, algunas de ellas extravagantes. En una de ellas, el mundo de tres dimensiones que experimentamos es sólo una capa de un universo de cuatro dimensiones. Cuanto más cerca de una partícula que vive en la cuarta dimensión está nuestra tajada de vida, más cerca se está de la generación de la masa. Así, de acuerdo con la teoría, el quark top es tan fuerte, porque es la partícula fundamental más cercana.
Otros físicos han sugerido que el conocido y tan buscado bosón de Higgs, la partícula teórica que otorga masa a otras partículas, está en realidad formada por pares de pesados quarks top unidos.
Los físicos de Fermilab recientemente han avanzado varios pasos hacia la comprensión de la curiosa partícula.
Hace catorce años, la colaboración FCD y DZero descubrió el quark top, producido en pares partícula-antipartícula en el Acelerador del Laboratorio Nacional Fermi, el Tevatrón. En marzo, los científicos de FCD y DZero anunciaron la primera observación de las colisiones de partículas que resultaron en un solo quark top.
"La nueva muestra del quark top único puede servir como brújula para señlarnos la nueva física", dijo Stelzer.
Las colisiones que crean pares quark top siempre se comportan de la misma manera, pero los quarks top simples se crean en dos formas distintas. El Modelo Estándar predice la frecuencia con que cada uno de los dos procesos creará un quark top único, al igual que las muchas teorías exóticas acerca de la pequeña y rechoncha partícula. Medir las tasas de estos procesos con precisión permitirá a los físicos determinar qué teorías se acercaron con la predicción correcta..
Una mano amiga virtual
Las colisiones de protones y antiprotones en el Tevatrón convierten la energía en masa, tal como lo describe la famosa ecuación de Einstein, E = mc2. Los operadores del acelerador llevan las partículas a altas energías y las hacen chocar unas contra otras, esto crea un chorro de partículas de corta duración, con una masa que corresponde a la energía alcanzada.
Cuando la energía de la colisión de la máquina corresponde a la masa de una partícula, la tasa de producción de esa partícula en las colisiones se dispara con rapidez. Esto se conoce como producción de resonancia.
A una energía de alrededor de 80 GeV, el Tevatrón produce una gran cantidad de bosones W. Cuando llega a alrededor de 91 GeV, comienza a crear bosones Z.
Pero no hay una receta para los quarks top.
Las colisiones que generan tanto los pares de quarks top como los quarks top simples solo toman energía de las partículas virtuales. Las partículas virtuales entran y salen de la existencia por sólo breves momentos, pero es suficiente para afectar las interacciones entre las partículas alrededor de ellos.
Cuanto más masiva es una partícula, menos frecuentemente aparece como una partícula virtual. Pero incluso partículas muy masivas pueden aparecer de esta manera. Eso es importante, porque una interacción necesita de una partícula virtual muy grande para crear un quark top pesado.
Los físicos no pueden predecir la aparición de una partícula virtual por la energía de la máquina. Los quarks top aparecen a la falta de producción de resonancia.
En la conferencia, Stelzer también discutió los esfuerzos en el Tevatrón para encontrar pruebas de la producción de resonancia de los quarks top. Este sería el punto en que los quarks top se crean en una nueva manera no prevista por el modelo estándar, sin la ayuda de partículas virtuales.
"Eso sería fantástico", dijo Stelzer. "Sería una señal inequívoca de la nueva física y es probable que nos permitiría revelar el origen de la enorme masa del quark top".
Si la FCD y DZero no encuentran esta evidencia de la nueva física, los investigadores continuarán buscando por ella en los experimentos en el Large Hadron Collider del CERN.
Esta colisión eventual, creada por la colaboración CDF, muestra un solo caso de candidato quark top. Crédito: colaboración de FCD.
Una colisión protón-antiprotón puede producir un quark top único de dos maneras diferentes. Crédito: colaboración DZero.Más información en:
- Como trabaja el CDF
- Como trabaja el DZero
- Conferencia "Física en colisión" en Kobe, Japón
Imágenes:
Imagen cabecera: Tevatron. Crédito: Fermilab.
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