Un equipo de físicos de la Universidad de Glasgow ha predicho la masa de una nueva partícula la cual podría ayudar a explicar una de las fuerzas fundamentales del universo.
Los científicos dicen que el mesón Bc* se producirá fugazmente en las colisiones del acelerador Tevatron en Illinois, Estados Unidos, y en el CERN en Suiza, pero aún no ha sido observado por los experimentadores que buscan entre los restos.
No obstante, un equipo liderado por la Profesora Christine Davies, jefa del Grupo de Física de Partículas en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow y experta en teoría de la cromodinámica cuántica (QCD), usó supercomputadores para predecir la masa del mesón, el cual podría ayudar a los científicos a comprender la fuerza nuclear fuerte que dicta el comportamiento de las partículas a nivel subatómico.
La fuerza nuclear fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo y es la que mantiene unidos a los quarks – las menores unidades de materia encontradas hasta la fecha. Ésta es la fuerza que busca comprender la teoría de la QCD.
Las otras tres fuerzas fundamentales son:
- Gravitación – el fenómeno por el cual los cuerpos con masa se atraen entre sí
- Electromagnética – la atracción que existe entre las partículas eléctricamente cargadas tales como electrones y protones
- Fuerza nuclear débil – que está implicada en algunas formas de decaimiento de partículas, el más notable el decaimiento nuclear beta
La Prof. Davies dijo que: “Aunque aún no se ha demostrado la existencia de este mesón, nuestros cálculos nos han permitido predecir no sólo su existencia, sino también su masa. Dos predicciones anteriores que hicimos demostraron ser ciertas, por lo que también estamos confiados en ésta”.
Los quarks aparecen en seis variedades (o sabores, como se les conoce) – up (arriba), down (abajo), charm (encantado), strange (extraño), top (cima) y bottom (fondo). Todos los quarks tienen una carga de color, que es similar a la carga eléctrica y provoca que sientan la fuerza nuclear fuerte y también que giren. Difieren mucho en masa, no obstante – los quarks up tienen una masa unas pocas veces menor que la de un electrón mientras que los quarks top son casi tan pesados como los núcleos de plomo.
Los quarks nunca se encuentran aislados, no obstante, debido a que la fuerza nuclear fuerte es tan potente que se necesitaría una cantidad infinita de la misma para separarlos. En lugar de esto siempre se encuentran unidos – en pares (mesones) o triós (bariones) – en partículas llamadas hadrones. Los protones y neutrones, las partículas que forman el núcleo de los átomos en los elementos de la tabla periódica, son ejemplos de hadrones.
El mesón Bc* consta de un quark bottom y un anti-quark charm en una configuración en la cual los espines de los quarks apuntan en la misma dirección.
Comprender cómo interactúan los quarks como resultado de la fuerza nuclear fuerte ayuda a los científicos a conectar este conocimiento con el de los mesones que ven en situaciones experimentales.
El grupo QCD de Glasgow es el principal socio del Reino Unido de la colaboración QCD de Alta Precisión (HPQCD) y recientemente recibió £530,109 del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas para pagar el acceso a los supercomputadores del Reino Unido para avanzar en su trabajo.
La Prof. Davies dijo que: “La colaboración HPQCD se especializa el cálculos precisos de las propiedades del ‘zoo de partículas’ de mesones usando la teoría de la fuerza nuclear fuerte (QCD), y usa estos cálculos para determinar las propiedades de los quarks. Estos cálculos deben realizarse en ordenadores muy potentes, debido a que la fuerza nuclear fuerte es tan potente que lleva a interacciones muy complejas”.
El equipo de Glasgow está actualmente trabajando en la producción de predicciones basadas en cálculos increíblemente complejos para una variedad de distintos tipos de partículas que pueden compararse a los resultados de experimentos en el proyecto LHC del CERN.
El conocimiento puede usarse, esperan, para solventar los huecos en el Modelo Estándar de la Física, la teoría que intenta explicar qué es el universo y cómo funciona.
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