Vova Krasen
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La teoría gobernante de la física de partículas explica todo sobre el mundo subatómico ... excepto las partes que no lo hace. Y desafortunadamente, no hay muchos adjetivos halagadores que se puedan aplicar al llamado Modelo Estándar. Construida poco a poco a lo largo de décadas, esta teoría de la física fundamental se describe mejor como desgarbada, mezcolanza y MacGyver-ed junto con trozos de hilo y chicle..
Aún así, es un modelo increíblemente poderoso que predice con precisión una tremenda variedad de interacciones y procesos..
Pero tiene algunas deficiencias evidentes: no incorpora gravedad; no puede explicar las masas de varias partículas, algunas de las cuales confieren fuerza; no tiene una explicación para cierto comportamiento de neutrinos; y directamente no tiene una respuesta para la existencia de materia oscura.
Entonces, tenemos que pensar en algo. Necesitamos ir más allá del modelo estándar para comprender mejor nuestro universo.
Desafortunadamente, muchos de los principales contendientes para explicar este gran más allá, llamados teorías supersimétricas, han sido descartados o severamente limitados en los últimos años. Sin embargo, todavía hay un concepto de Ave María que podría explicar las partes misteriosas del universo que no están cubiertas por el Modelo Estándar: partículas supersimétricas de larga duración, a veces llamadas espartículas para abreviar. Pero, lamentablemente, una búsqueda reciente de estas partículas extrañas ha vuelto con las manos vacías. [Las 11 preguntas más grandes sin respuesta sobre la materia oscura]
No tan súper simetría
Con mucho, el conjunto de teorías más de moda que superan los límites del modelo estándar actual se agrupa en una clase de ideas conocidas como supersimetría. En estos modelos, los dos campos principales de partículas en la naturaleza ("bosones", como los fotones familiares; y "fermiones", como electrones, quarks y neutrinos) en realidad tienen una extraña relación entre hermanos. Cada bosón tiene un socio en el mundo de los fermiones y, de la misma manera, cada fermión tiene un amigo bosón al que llamar propio..
Ninguno de estos socios (o más apropiadamente en la confusa jerga de la física de partículas - "supercompañeros") se encuentra entre la familia normal de partículas conocidas. En cambio, suelen ser mucho más pesados, más extraños y, en general, de aspecto más extraño..
Esta diferencia de masa entre las partículas conocidas y sus supercompañeras es el resultado de algo llamado ruptura de simetría. Esto significa que a altas energías (como el interior de los aceleradores de partículas), las relaciones matemáticas entre las partículas y sus socios están equilibradas, lo que lleva a masas iguales. Sin embargo, a bajas energías (como los niveles de energía que experimenta en la vida cotidiana normal), esta simetría se rompe, haciendo que las masas de partículas asociadas se disparen. Este mecanismo es importante, porque también explica potencialmente por qué, por ejemplo, la gravedad es mucho más débil que las otras fuerzas. Las matemáticas son un poco complicadas, pero la versión corta es la siguiente: algo se rompió en el universo, lo que provocó que las partículas normales se volvieran drásticamente menos masivas que sus supercompañeras. Esa misma acción de ruptura puede haber castigado la gravedad, disminuyendo su fuerza en relación con las otras fuerzas. Hábil. [6 datos extraños sobre la gravedad]
Vivir mucho y prosperar
Para buscar la supersimetría, un grupo de físicos contribuyó y construyó el destructor de átomos llamado Gran Colisionador de Hadrones, que después de años de ardua búsqueda llegó a la sorprendente pero decepcionante conclusión de que casi todos los modelos de supersimetría estaban equivocados..
Ups.
En pocas palabras, no podemos encontrar partículas asociadas. Cero. Nada. Nada. No han aparecido indicios de supersimetría en el colisionador más poderoso del mundo, donde las partículas se envuelven alrededor de un artilugio circular a casi la velocidad de la luz antes de chocar entre sí, lo que a veces resulta en la producción de nuevas partículas exóticas. No significa necesariamente que la supersimetría sea incorrecta, per se, pero ahora se han descartado todos los modelos más simples. ¿Es hora de abandonar la supersimetría? Quizás, pero podría haber un Ave María: partículas de larga duración.
Por lo general, en la tierra de la física de partículas, cuanto más masivo eres, más inestable eres y más rápido te descompondrás en partículas más simples y ligeras. Así son las cosas. Dado que se espera que todas las partículas asociadas sean pesadas (de lo contrario, ya las habríamos visto), esperábamos que se descompusieran rápidamente en lluvias de otras cosas que podríamos reconocer, y luego habríamos construido nuestros detectores en consecuencia..
Pero, ¿y si las partículas asociadas fueran de larga duración? ¿Qué pasa si, a través de algún capricho de la física exótica (dé a los teóricos unas horas para pensar en ello, y se les ocurrirán caprichos más que suficientes para que suceda), estas partículas logran escapar de los confines de nuestros detectores antes de decaer obedientemente? en algo menos extraño? En este escenario, nuestras búsquedas habrían resultado completamente vacías, simplemente porque no estábamos mirando lo suficientemente lejos. Además, nuestros detectores no están diseñados para poder buscar directamente estas partículas de larga duración..
ATLAS al rescate
En un artículo reciente publicado en línea el 8 de febrero en el servidor de preimpresión arXiv, los miembros de la colaboración ATLAS (abreviatura algo incómoda de A Toroidal LHC ApparatuS) en el Gran Colisionador de Hadrones informaron sobre una investigación sobre partículas de tan larga vida. Con la configuración experimental actual, no pudieron buscar todas las posibles partículas de larga vida, pero pudieron buscar partículas neutrales con masas entre 5 y 400 veces la del protón..
El equipo de ATLAS buscó las partículas de larga duración no en el centro del detector, sino en sus bordes, lo que habría permitido que las partículas viajaran desde unos pocos centímetros hasta unos pocos metros. Eso puede no parecer muy lejano en términos de estándares humanos, pero para partículas fundamentales masivas, bien podría ser el borde del universo conocido..
Por supuesto, esta no es la primera búsqueda de partículas de larga duración, pero es la más completa, utilizando casi todo el peso de los registros experimentales en el Gran Colisionador de Hadrones..
Y el gran resultado: nada. Cero. Nada. Nada.
Ni un solo signo de partículas de larga duración.
¿Significa esto que esa idea también está muerta? No del todo, estos instrumentos no fueron realmente diseñados para cazar este tipo de bestias salvajes, y solo nos las arreglamos con lo que tenemos. Puede que sea necesaria otra generación de experimentos diseñados específicamente para atrapar partículas de larga vida antes de que realmente atrapemos una..
O, lo que es más deprimente, no existen. Y eso significaría que estas criaturas, junto con sus compañeros supersimétricos, son en realidad solo fantasmas soñados por físicos febriles, y lo que realmente necesitamos es un marco completamente nuevo para resolver algunos de los problemas sobresalientes de la física moderna..
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Publicado originalmente el .
Paul M. Sutter es un astrofísico en La Universidad Estatal de Ohio, gran cantidad de Pregúntale a un astronauta y Radio espacial, y autor de Tu lugar en el universo.