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1 de Abril de 2016
Física de partículas

El extraño comportamiento del quark cima

¿Esconde algo la partícula más pesada?

En el antiguo acelerador Tevatrón, cerca de Chicago, se hacían colisionar protones (p, rojo) contra antiprotones (p, azul); como resultado, en algunos de esos choques se producían pares formados por el quark t y su antipartícula, t (verde). En 2011 se observó una proporción anómala entre el número de quarks que salían despedidos en el sentido del protón incidente (arriba) y los que abandonaban el lugar de la colisión en sentido contrario (abajo). Hasta hoy, los expertos ignoran si dicha discrepancia constituye un efecto físico novedoso o si, por el contrario, se trata de una mera fluctuación estadística.

Los experimentos de física de partículas exploran energías cada vez más elevadas con la esperanza de hallar indicios que permitan, como objetivo último, formular una teoría que unifique todas las interacciones fundamentales de la naturaleza, incluida la gravedad. Siendo menos ambiciosos, hay fundadas esperanzas de que los experimentos que actualmente lleva a cabo el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, cerca de Ginebra, arrojen luz sobre uno de los grandes enigmas de la física de partículas: por qué la masa del bosón de Higgs es casi un trillón de veces menor de lo que cabría esperar. Desde 2012, año de su descubrimiento en el LHC, sabemos que la masa de esta partícula asciende a unos 125 gigaelectronvoltios (GeV); sin embargo, hay argumentos teóricos que nos hacen pensar que su masa «natural» debería ser del orden de 1019 GeV. Esta y otras cuestiones abiertas, como la composición de la materia oscura, nos llevan a pensar en la existencia de nuevas partículas elementales y fenómenos físicos aún por descubrir.

En ese viaje hacia lo desconocido se siguen algunas pistas fiables. Una de ellas procede de la partícula elemental más masiva que se conoce: el quark t (top, o cima). Con una masa de unos 173 GeV, esta partícula pesa casi tanto como un átomo de oro. La intensidad con que una partícula elemental interacciona con el bosón de Higgs resulta proporcional a su masa, por lo que el quark t se acopla muy fuertemente al bosón de Higgs. Esta propiedad lo convierte en un objeto de estudio ideal para buscar indicios de nuevos fenómenos físicos.

El quark t fue descubierto en 1995 en el Tevatrón, un gran acelerador ya fuera de servicio que operaba en el laboratorio Fermilab, cerca de Chicago. Desde entonces, tanto el Tevatrón como el LHC han producido millones de pares formados por el quark t y su antipartícula, t. Gracias a ello, hemos podido efectuar una gran cantidad de mediciones muy precisas sobre la manera en que estas partículas se producen y se desintegran. La esperanza implícita en tales experimentos radica en encontrar algún efecto inesperado, una «anomalía», que nos ponga tras la pista de una teoría más completa que el modelo estándar, el marco con el que hoy por hoy describimos todas las partículas elementales conocidas y sus interacciones.

En enero de 2011, la colaboración CDF, responsable de uno de los dos grandes detectores que operaban en el Tevatrón, anunció un resultado inesperado en la producción de pares tt: una anomalía relacionada con la dirección en que ambas partículas salían despedidas una vez creadas. Desde entonces, los físicos hemos estado intentando entender si dicha discrepancia constituye o no una señal de nueva física. El estudio del problema ha dado lugar a grandes avances en el estudio del quark t y, en estos momentos, está guiando buena parte de los análisis que se llevan a cabo en el LHC.

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