El detector ATLAS del CERN
Claudia Marcelloni y Max Brice/CERN
Los investigadores han medido la fuerza fuerte, que une las partículas que forman protones y neutrones, con el mayor grado de precisión jamás visto. A pesar de ser el más poderoso de todos los fuerzas fundamentales de la naturaleza, su fuerza es más incierta que la de cualquiera de los demás. Medirlo con exactitud es clave para comprender la naturaleza del mundo que nos rodea.
Las otras fuerzas fundamentales (la gravedad, la fuerza electromagnética y la fuerza débil) se debilitan a medida que las partículas sobre las que actúan se alejan más. Pero la fuerza fuerte se vuelve aún más poderoso. Esto provoca efectos exóticos que lo neutralizan, lo que dificulta su medición directa.
“La única manera de observar la fuerza fuerte es indirectamente”, afirma Stefano Camarda en el laboratorio de física de partículas del CERN cerca de Ginebra, Suiza. “Esta medición es particularmente difícil y la mejora que hemos tenido desde mediados de los años 80 ha sido bastante lenta”.
Camarda y sus colegas utilizaron el experimento ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) para dar un salto en precisión, reduciendo la incertidumbre relativa en la fuerza de la fuerza al 0,8 por ciento. “Esta medición representa una mejora de un factor de 2 a 3 con respecto a las mejores mediciones experimentales anteriores”, afirma Alberto Belloni en la Universidad de Maryland.
Los investigadores midieron la fuerza fuerte chocando pares de protones, lo que produjo una partícula llamada un bosón Z. Si no hubiera ninguna fuerza que mediara las interacciones entre los protones, el último bosón Z estaría parado. Pero la fuerte fuerza impartió una pequeña “patada” a esta partícula. Su impulso resultante dependía de la magnitud de la fuerza fuerte.
Es importante estudiar esto porque el valor de la fuerza fuerte es una de las mayores fuentes de incertidumbre que quedan en el modelo estándar de física de partículas. “Todo lo que medimos en el LHC, cualquier predicción que calculamos, depende del valor de la fuerte [force]”, dice Camarda. A menos que disminuyamos la incertidumbre en la fuerza fuerte, será difícil decir si el LHC detecta evidencia de física más allá del modelo estándar, afirma.
La fuerza fuerte también es crucial para nuestra comprensión del destino del universo. Existe una pequeña posibilidad de que eventualmente el universo terminará a través de un fenómeno llamado desintegración del vacío, en el que una fluctuación cuántica conduce a una pequeña burbuja de espacio-tiempo inusual llamada vacío puro, que luego crecería rápidamente y devoraría todo el cosmos. “La probabilidad de que el universo desaparezca en una burbuja cuántica es muy baja”, afirma Camarda. “Pero tenemos incertidumbre en esta afirmación, y esa incertidumbre está impulsada por el valor de esta fuerza”.
Incluso con esta nueva medición, nuestro conocimiento de la fuerza fuerte aún no alcanza a nuestros cálculos precisos de las otras fuerzas fundamentales. Y las mediciones son tan difíciles que es poco probable que alcancemos la misma exactitud en el corto plazo, incluso con mejores datos. Pero hay propuestas para un nuevo colisionador en el CERN que se construirá específicamente para estudiar el bosón Z. Si se construye, tal vez alcancemos ese nivel de precisión después de todo.
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