El bosón W no se ajusta a la teoría más aceptada para describir la materia a nivel cuántico, según el mayor análisis hasta la fecha

Uno de los mayores aceleradores de partículas del planeta arroja hoy un resultado inquietante: la masa del bosón W —una partícula elemental crucial para nuestro conocimiento de la materia y el universo— no es la que debería ser.

Si estos resultados se confirman, “tiene que ser porque hay un nuevo mecanismo de la naturaleza que desconocemos”, explica Ashutosh Kotwal, investigador de la Universidad de Duke (EE UU) y líder del estudio. Ese mecanismo “podría manifestarse en forma de partícula o de una interacción dentro del núcleo atómico que podríamos descubrir en futuros experimentos”, añade. En el trabajo han participado cientos de investigadores de 12 países que forman la colaboración del experimento CDF II, en el acelerador de partículas Tevatron de Estados Unidos.

Para comprender la importancia de este hallazgo hay que viajar al nivel cuántico de la materia: penetrar en los átomos microscópicos que componen cada una de las letras de este texto y llegar hasta sus componentes más simples, las partículas elementales. Todas las cosas que los humanos podemos ver y tocar están hechas con diferentes combinaciones de 17 partículas elementales —que se engloban en tres grandes grupos: quarks, leptones y bosones—. Si juntamos tres quarks obtenemos un protón y si le sumamos un leptón obtenemos el elemento más sencillo del universo, el hidrógeno. El uranio, uno de los más complejos, tiene más de 700 quarks de diferentes tipos y 92 leptones.

En los años setenta se acuñó el modelo estándar que define las propiedades de estas 17 piezas del puzle con las que formar los átomos de todos los elementos conocidos. Según este modelo, los quarks y los leptones componen la materia y los bosones transmiten las fuerzas conocidas, como el electromagnetismo. Desde hace décadas, los humanos vienen construyendo aceleradores de partículas cada vez más potentes para romper átomos en sus diferentes partículas elementales y comprobar si siguen estas reglas del juego. Los resultados publicados hoy muestran que al menos una de esas 17 piezas no obedece las normas.

Entre 2002 y 2011, el Tevatron estuvo disparando protones contra su reverso de antimateria, los antiprotones. Estas partículas viajan rozando la velocidad de la luz y al colisionar se desintegran en otras partículas elementales. Tras analizar más de cuatro millones de bosones W los responsables del experimento estadounidense encuentran que su masa es de 80.433 megaelectronvoltios, mientras que el modelo estándar predice 80.357, incluyendo en ambas medidas un margen de error. La diferencia se sale del marco teórico.

Hay solo tres posibilidades entre un billón de que este resultado se deba al azar. En la jerga de los físicos esto se llama siete sigma. En física de partículas un descubrimiento se acepta con un nivel de error de cinco sigma, aproximadamente una posibilidad de fallo entre un millón.

“Esta nueva medida de la masa del W es la más precisa y completa que se ha hecho hasta el momento. Son unos resultados espectaculares”, resalta Alberto Ruiz, investigador del Instituto de Física de Cantabria y uno de los autores del estudio, publicado en Science.

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