El bosón W es una partícula muy especial. Y es que es, junto al Z, el responsable de la mediación que tiene lugar en la interacción nuclear débil, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza junto a la interacción electromagnética, la gravedad y la fuerza fuerte. Los físicos suelen colocar a este mismo nivel el campo de Higgs, que es otra interacción fundamental que explica cómo las partículas adquieren su masa, pero para facilitar su comprensión los textos suelen recoger como fuerzas fundamentales las cuatro anteriores.
La interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración radiactiva de las partículas subatómicas, y, curiosamente, los bosones W y Z que intervienen en ella son más pesados que los protones y los neutrones que podemos encontrar en el núcleo de los átomos. De hecho, la masa del bosón W es unas 80 veces mayor que la de un protón. Lo sorprendente es que a los físicos no les ha resultado nada fácil determinarla. De hecho, lo han logrado en varias ocasiones, pero no con la precisión que acaba de alcanzar el experimento CMS del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear).
El Modelo Estándar continúa siendo sólido como una roca
En marzo de 2023 los físicos del CERN que trabajan en el experimento ATLAS dieron a conocer sus últimas medidas de la masa del bosón W. Y, como cabía esperar, confirmaron que coinciden con la predicción del modelo teórico. A priori podemos concluir que no hay nada sorprendente en este acontecimiento, pero es importante que no pasemos por alto que tan solo un año antes, en 2022, el experimento CDF de Fermilab, en EEUU, había concluido que la masa del bosón W es mucho mayor que la que predecía el Modelo Estándar.
La masa de esta partícula inquieta a los físicos desde hace mucho tiempo, pero el hallazgo de Fermilab desencadenó una carrera desaforada por medirla con la máxima precisión posible. Aquí es donde estamos ahora, aunque en esta ocasión el protagonista es el experimento CMS del CERN. Cuando los físicos del experimento ATLAS dieron a conocer su última medida de la masa del bosón W en marzo de 2023 consiguieron incrementar la precisión de la medida que ellos mismos habían obtenido en 2017.
"Las mediciones de la masa del W son muy desafiantes debido a que implican mediciones delicadas y modelado teórico complejo"
Este resultado está alineado tanto con la predicción del Modelo Estándar como con todas las medidas anteriores. La única excepción es, como hemos visto, la medida que obtuvieron en 2022 los físicos de Fermilab utilizando el ya veterano colisionador protón-antiprotón Tevatron. El problema es que el resultado que arrojó hace dos años este experimento era extraordinariamente preciso. Según los físicos de Fermilab la masa del bosón W es 80.433,5 MeV con una incertidumbre de 9,4 MeV. Pero, afortunadamente, ya tenemos la primera medida de la colaboración CMS.
Su precisión es equiparable a la que obtuvieron los físicos de Fermilab hace dos años, aunque la medida del experimento CMS, al igual que las que ha entregado hasta ahora ATLAS, está alineada con la predicción del Modelo Estándar. El resultado que han obtenido los físicos de CMS para la masa del bosón W es 80.360,2 MeV con una incertidumbre de 9,9 MeV. "Las mediciones de la masa del W son muy desafiantes debido a que implican mediciones delicadas y modelado teórico de la producción del bosón W y su desintegración en un leptón y un neutrino que escapa a la detección", explica Gautier Hamel de Monchenault, portavoz del experimento CMS.
Es muy probable que en un futuro cercano los físicos del CERN, los de Fermilab o los de algún otro laboratorio de física de partículas logren medir este mismo u otro parámetro del bosón W aún con más precisión. Y será, de nuevo, un gran paso hacia delante debido a que la posibilidad de encontrar una inconsistencia en las predicciones del Modelo Estándar abrirá de par en par una puerta que los físicos están deseando derribar: la que puede llevarles a identificar nuevas partículas y fuerzas. No lo decimos nosotros, aunque lo compartimos. Lo asegura el propio CERN.
Imagen | CERN
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