Primera vez en la historia: físicos captan la emisión de un bosón Z con dos fotones

Por primera vez en la historia, un grupo internacional de físicos ha captado, mediante el detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, la emisión de un bosón Z con dos fotones asociados que ha decaído en electrones, muones o neutrino, ha comunicado la oficina de prensa del Instituto.

Este proceso, muy poco frecuente, fue predicho por la física teórica en los años 60 del siglo XX y, el hecho de verse registrado en la práctica, es una nueva prueba del llamado Modelo Estándar, explicó uno de los participantes en el experimento, el ingeniero de la Cátedra de Física de Partículas Elementales del Instituto Nacional de Investigación Nuclear (MEPhI), Dmitri Krasnopévtsev.

"El estudio de procesos tan poco frecuentes como la emisión del bosón Z con fotones asociados representa una importante herramienta de la verificación de postulados teóricos con un alto grado de precisión. Hasta este momento, nuestro grupo no ha detectado discrepancia alguna con los índices predichos por la teoría. Es decir, se ha vuelto a confirmar el Modelo Estándar", precisó Krasnopévtsev.

El grupo de físicos —integrado también por los representantes del Instituto Nacional de Investigación Nuclear (MEPhI)— han estudiado el proceso de la emisión del bosón Z con uno o dos fotones asociados, un procedimiento que requirió mediciones con un grado de precisión sin precedentes tanto de la probabilidad del proceso como de los parámetros cinemáticos de las partículas observadas.

"Un mayor grado de precisión es un factor muy relevante de la verificación de los fenómenos predichos por el Modelo Estándar. En nuestro estudio, también limitamos el uso de teorías exóticas que podrían repercutir de forma indirecta en la marcha del proceso. El criterio usado es el siguiente: 'de haber algo más, nos habríamos dado cuenta'. Sin embargo, de momento todo coincide con el Modelo Estándar y únicamente podemos marcar un límite, más allá del cual no hemos sido capaces de investigar", informó el científico.

Los llamados bosones intermedios W± y Z son considerados partículas mediadoras de una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza: la interacción nuclear débil. Las otras tres son la gravitatoria, la nuclear fuerte y la electromagnética. Las partículas en cuestión fueron descubiertas en el CERN en 1983. La emisión de los bosones W- y Z- había de producirse en la colisión de los protones y los antiprotones con energías de colisión superiores a los 540 GeV. Dado que los bosones intermedios únicamente existen durante 3Х10–25, solo se registra su emisión por los productos de su decaimiento.

En 1982, los científicos, durante un experimento de 30 días de duración y 1.000 millones de colisiones de protones con los antiprotones lograron registrar la emisión de tan sólo 6 bosones W. Durante los experimentos posteriores, en 1983, se detectaron ya varias decenas de casos de emisión y decaimiento de bosones W. Además, se registraron los primeros 13 casos de emisión y decaimiento de bosones Z. Por este logro, el Premio Nobel de Física les fue otorgado en 1984 a Carlo Rubbia y Simon van der Meer.

El Modelo Estándar es una teoría que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales y las partículas. Uno de los objetivos primordiales de la física actual es la comprobación experimental del Modelo. Hasta el momento, los científicos no han descubierto discrepancias con las predicciones teóricas. Sin embargo, algunas mediciones tienen un alto índice de error, mientras que otras son tan poco frecuentes que todavía no se ha dado la oportunidad de descubrir algunos fenómenos que posiblemente se encuentren fuera del Modelo Estándar.

Señalan los expertos del MEPhI que esta posibilidad de estudiar una emisión triple, es decir, de un bosón y dos fotones asociados, es una importante señal de que la energía y la luminosidad acumulada en el Gran Colisionador de Hadrones permiten a los científicos proceder a estudiar los procesos menos frecuentes con un alto grado de precisión en las mediciones de las predicciones del Modelo Estándar.

Participaron en el experimento científicos del Instituto Nacional de Investigación Nuclear, del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EEUU, de la Universidad de Duke (EEUU) y de la Universidad Metodista del Sur (EEUU).