Así que los físicos han estado intentando superar el modelo estándar desde que se puso en marcha en la década de 1970. De hecho, rompen modelos y datos experimentales, violando sus ecuaciones casi perfectas. Luego, a partir de sus fragmentos, deben construir una teoría nueva y mejor. El Gran Colisionador de Hadrones (Compuesto), un enorme acelerador de partículas del CERN, ubicado cerca del laboratorio europeo de física de partículas en Ginebra, Suiza, es el último intento de romper el modelo estándar, y muchos lo consideran una garantía de éxito. La enorme producción de energía obligaría a que el modelo estándar de campos de partículas se volviera inaplicable. Frank Wilt, teórico del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, que ganó el Premio Nobel de Física en 2004, dijo que fuera del status quo de la competencia, "las cosas complejas son, con diferencia, las más populares" por su trabajo Basado en el Estándar. Modelo.
Sin embargo, la reorganización no es la única. Durante décadas, los físicos han intentado superar el Modelo Estándar con diversos métodos, a veces con aceleradores, a veces con mediciones precisas de acontecimientos tremendamente raros y, a veces, con observaciones del espacio exterior. Una vez que el complejo temporal se ha acelerado por completo (no se esperan sus primeros resultados hasta al menos el próximo verano (ver 'Bloquear el colisionador')), algunos grupos experimentales creen que tienen posibilidades de luchar por el premio mayor. Su tarea será difícil: el Modelo Estándar es una tarea de enormes proporciones, resistente a todos los ataques convenientes y obvios. Para combatirlo, el experimento requerirá una sensibilidad sin precedentes, enormes cantidades de datos y un poco de suerte. Este es el héroe destrozado que tiene más tareas en unos pocos años.
Tevatron
Aunque acelera protones compuestos, es la primera vez que otros aceleradores de partículas pesados del mundo rompen el Modelo Estándar. Desde 2001, el Tevatron del Fermilab en Batavia, Illinois, ha estado acelerando protones y antiprotones con energías de aproximadamente 1 billón de electronvoltios.
Esto es sólo una séptima parte del complejo energético final, pero la energía total no es todo lo que hay que hacer en la búsqueda de una nueva física. Es extremadamente raro que las colisiones creen nuevas partículas fuera del modelo estándar, lo que significa que no habrá más carreras del acelerador y más acumulación de datos, y habrá más posibilidades de descubrir algo. Por lo tanto, al menos durante un período de tiempo, Tevatron seguirá teniendo un complejo de liderazgo en datos. Incluso desde el verano hasta 2009, el volumen de datos de Tevatron será varias veces mayor que el de sus nuevos competidores.
Estos datos sugieren algunos avances atractivos, aunque temporales, más allá del modelo estándar. Las partículas de medición sesgadas se denominan mesones B extraños. Hotel es una extraña base de quarks y antiquarks que es el más pesado de todos los mesones. Según una regla conocida como simetría de paridad de carga, el modelo estándar predice la desintegración del hotel de la misma manera que actúan sus antipartículas (quarks y bases antiextrañas propuestas). Sin embargo, se mide la diferencia entre las dos señales y su atenuación. Según Dmitry Denisov, portavoz del experimento Teva tron D-zero, esta diferencia podría ser una pista importante en la búsqueda de descubrimientos. Esto podría indicar la existencia de nuevas partículas exóticas o principios previamente desconocidos. En cualquier caso, Denisov dijo: "Esta es una medición emocionante".
Robert Rosser, portavoz del otro gran experimento de Tevatron, el Laboratorio de Detectores de Colisiones o la Fuerza de Defensa Civil, añadió Say, este hotel inusual no es el único bicho raro que aparece en el acelerador. La inusual desintegración funcional de los quarks top y antitop despertó su curiosidad. Nuevamente admitió que esto estaba lejos de ser seguro. Pero algunas de estas señales pueden ser importantes, afirmó Roser. "Cuando se añade uno de estos datos, [estas anomalías] se vuelven realidad".
Quizás esto no sea sorprendente.
Una visión más escéptica proviene de John Ellis, teórico del CERN. Sí, el Tevatron podría proporcionar algunas pistas tentadoras, dijo Ellis, pero no es probable que se realicen descubrimientos definitivos hasta que el complejo sea poderoso. Señala que el mundo de la física de partículas no constituye un descubrimiento hasta que se realizan mediciones con cinco sigma (el promedio de cinco desviaciones estándar), lo que equivale a una precisión del 99,667%. Se necesitarán más datos de los que el Tevatron ha acumulado hasta ahora para cumplir con estándares estrictos, y el detector no podrá lograr esos grandes saltos antes de superar a nuevos competidores. "Creo que va a ser muy, muy difícil construir un Tevatron", dijo Ellis. "Simplemente no quiero ver las complicaciones que tendrán incluso antes de comenzar a generar electricidad".
Cosmos.
Mientras los físicos de altas energías se reúnen en las salas de control de sus máquinas, otro grupo de físicos busca el paraíso. Por eso esperan encontrar algo que rompa el modelo estándar, si el universo coopera.
Lo más importante es que su nave espacial buscará señales de que la materia oscura puede constituir hasta el 85% de la materia del universo. Los astrónomos saben que la materia oscura existe no sólo por su influencia gravitacional en la forma de las galaxias y el universo; parece pasar a través de la materia ordinaria que se encuentra en las estrellas, los planetas y los cuerpos humanos. Presumiblemente, la materia oscura es una sustancia común con pocas partículas de humo, si es que hay alguna. Sin embargo, nadie está muy seguro de qué podrían ser estas partículas, a menos que no ocupen el modo estándar.
Uno de ellos proviene de la "teoría de la supersimetría", que predice que cada partícula está dentro del modelo estándar, y el otro se encuentra fuera del modelo asociado más pesado. La estrella compañera supersimétrica más ligera se llama neutralino y se espera que la propiedad correcta sea la materia oscura.
Neutralinos en sí no es un telescopio, ni orbital ni de otro tipo. Sin embargo, de forma regular, dos socios neutrales podrían chocar y desaparecer, creando una lluvia que es posible con detectores de partículas en órbita ordinarios. Los experimentos de Fu Youde (Antimateria y Astrofísica Nuclear Ligera) han encontrado una pista interesante. Las herramientas de propagación por satélite captaron un exceso de antielectrones, lo que puede haber producido la aniquilación de la materia oscura (ver Nature 454, 808; 2008). "Es un resultado hermoso", dijo el físico de UCLA Glachet Gelmini sobre los datos del East Side. Sin embargo, añadió que las mediciones complejas requieren precaución.
En segundo lugar, el satélite recientemente lanzado también podría ser utilizado por Neutralino, quien lamentablemente murió en el lugar. El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi es un instrumento espacial de 6,9 millones de dólares diseñado para escanear todo el cielo en busca de fotones de energía ultra alta. Estos rayos gamma podrían producirse por colisiones entre socios neutrales, en cuyo caso aparecerían en el humo como mapas celestes de detectores en órbita ubicuos. "Sería una firma asombrosa", dijo el científico del proyecto del telescopio Steven Holt del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Groenlandia, Maryland.
Turner, cosmólogo de la Universidad de Chicago en Illinois, dijo que si estas firmas se descubren y confirman a tiempo, definitivamente existe una posibilidad de derrotar a las moléculas complejas en la búsqueda de un gran avance en el Modelo Estándar. . Sin embargo, el hotel señaló que aunque la Sociedad de Astrofísica fue técnicamente la primera en hacer tal descubrimiento, no podían hacer nada. Los antielectrones, los rayos gamma y otras señales similares sólo pueden proporcionar a los físicos una familia aproximada de nuevas partículas masivas, y mucho menos cómo podría funcionar la supersimetría. Por estas razones, "todavía quedan muchos interrogantes indispensables", afirma el hotel: los problemas deben resolverse.
El Colisionador Imparable
Según la revista "Nature", el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), situado cerca del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas, está a punto de lanzar su primer protón. Pero todavía queda mucho por hacer antes de que se puedan producir máquinas que permitan realizar descubrimientos científicos. Durante los próximos meses, otros físicos intentarán poner en funcionamiento el anillo que rodea el espacio experimental, incluso mientras los operadores afinan el propio colisionador.
Dimensionar un detector de conmutación es una gran tarea. Cada instrumento consta de miles de pequeños detectores que deben sincronizar la colisión de partículas en órbita. El detector está actualmente realizando experimentos para adaptar su uso de los rayos cósmicos del espacio exterior, dijo Peter Jane, portavoz de Atlas. Sin embargo, observar colisiones de partículas reales sería un problema completamente diferente.
La colisión de haces de protones producirá cientos de millones de "eventos" únicos cada segundo, cada uno de los cuales consistirá en cientos o miles de partículas de escombros que salen volando desde el punto de colisión. Dado que los detectores están diseñados para rastrear la mayoría o la totalidad de estas partículas individualmente, el resultado será más datos de los que los experimentadores pueden manejar. Afortunadamente, la mayoría de las colisiones ocurren y ésta es una colisión normal. Por eso los experimentadores los han equipado con detectores electrónicos "disparadores" que separan el resto de colisiones interesantes. Por ejemplo, una simple etiqueta desencadenaría una colisión con una partícula que produce "muones", que pueden crear cambios de desintegración en partículas a gran escala. Jenny dijo que cada desencadenante estaría diseñado para ser una actividad divertida para preservar la evidencia, y que cada país tendría que adaptarlo cuidadosamente.
Después de filtrar los datos, hay que analizarlos. Para hacer esto, se enviarán datos de experimentos a miles de físicos a través de computación grid a gran escala que puede transportar petabytes de datos, laboratorios universitarios y alrededor del mundo. Jim Virdee, portavoz del otro experimento importante del CERN, el experimento Contract Muon Solenoid (CMS), dijo que los experimentos iniciales van bien y que el equipo Atlas y CMS ahora están utilizando datos reales generados por computadora para la perforación.
Si todo va bien, tanto Jenny como Wildy dicen que los resultados podrían llegar ya en el verano de 2009. Para entonces, el acelerador debería haber estado funcionando a plena potencia de 7 teraelectronvoltios durante varios meses, dejando tiempo para solucionar cualquier problema técnico.
¿Podrías encontrar alguna física nueva para el compuesto y ejecutarlo primero? Es posible. La máquina chocará con partículas con aproximadamente 7 veces más energía. Actualmente, los aceleradores más importantes del mundo se encuentran en Tevatron y Fermilab en Batavia, Illinois. Virdee dice que se trata de un gran avance y, en principio, las nuevas partículas podrían verse casi de inmediato. "No se necesitan muchos datos para detectar nada más que lo que hace el laboratorio", dijo.
Los físicos del Fermilab se muestran escépticos de que esta sea una evaluación comprensible. Los físicos que han trabajado en Tevatron durante dos años completos pueden comprender plenamente las características de este experimento, afirmó Robert Rosser, portavoz del Laboratorio de Detección de Colisiones. Incluso con energías más altas, se necesitarían muchas colisiones para descubrir algo nuevo, dijo Dmitry Denisov, portavoz del experimento D-zero del Fermilab. "Las colisiones de protones y la detección del centro de protones no son suficientes", afirmó. G.B
Oscuridad
Otros físicos eligen la luz tenue. Observaron una serie de detectores altamente sensibles de minas abandonadas y túneles de tráfico en guaridas que podían encontrar materia oscura directamente etiquetada, incluidos socios neutrales supersimétricos (ver Nature 448, 240; 2007).
Hay aproximadamente 50 Hay diferentes versiones de este detector, pero todas siguen el mismo concepto básico. Tome un poco de materia oscura que crea que puede manejar, colóquela bajo tierra para protegerla de los rayos cósmicos y otros efectos dañinos, y espere qué sucede. "Es como ver crecer las bases", dijo Wilt Burke.
Si bien puede que no sean las formas más interesantes de superar la complejidad, estos detectores están logrando avances significativos. En un experimento, el Cryogenic Dark Matter Search 2, o CDMS 2, está acumulando datos en una mina en Sultan, Minnesota. Su objetivo empresarial es ganar la Triple Corona y el período sensible actual es finales de este año. Otro experimento requirió XENON100, ubicado en un túnel en las montañas del Gran Sasso en Italia. El detector compuesto puede terminar de procesar sus hallazgos antes de que tenga la oportunidad de producir resultados por primera vez en cualquier momento. "Este campo va a ser muy rápido, muy competitivo y no es una era fácil para sobrevivir", dijo el jugador Aposiler, investigador principal de XENON100 en la Universidad de Columbia en Nueva York. "Esta es una era increíble".
Sumado a estas perspectivas, un grupo afirmó haber descubierto materia oscura en su detector. A principios de este año, el experimento OnDemand/Libra (un raro proceso de masa de materia oscura y yoduro de sodio) también después del Grand Sasol National. El laboratorio anunció que había visto una señal en su detector de última generación (ver Nature 452, 965, 438+08; 2008, pero descubrieron que había otros grupos que estaban confundidos, el apóstol Er dijo que su experimento se encuentra en un sótano al lado). a Bajo demanda/Libra.
Nadie más ha podido confirmar la señal, dijo, y de hecho, los hallazgos de otros equipos parecen ser contradictorios. "Ciertamente no estaríamos de acuerdo."
Aunque estos detectores parecen mejorar a pasos agigantados, tienen una debilidad fatal: sólo funcionan si entran partículas de materia oscura, que hasta ahora no se han visto. interactuar entre sí al menos ocasional y regularmente. Ellis dijo que no hay garantías en este caso. En cuanto a sus preocupaciones, estos experimentos crean "bolas en la oscuridad".
Sin embargo, Ellis reconoce que existe la posibilidad de que estas búsquedas esotéricas intenten ver la complejidad que tienen delante. "Creo que la materia oscura es la bolsa del payaso", dijo.
Neutrino
En los próximos meses, la cafeína será un combustible vago para la mayoría de estos científicos mientras luchan por vencer tal complejidad. Pero los físicos de neutrinos pueden hacerlo fácilmente: han logrado nuevos avances que no estaban disponibles hace una década.
Los neutrinos son miembros neutros de la familia de las partículas leptónicas, en la que se incluyen los electrones. La versión original del Modelo Estándar predijo que los neutrinos deberían carecer por completo de masa, pero otros experimentadores lo dudaban. A lo largo de los años, han visto cada vez menos neutrinos procedentes del Sol de lo que predice la teoría. Una posible explicación es un déficit en el que los neutrinos solares pueden cambiar de un tipo a otro. Sin embargo, esta conversión sólo es posible si el neutrino tiene masa. En 1998, el misil experimental japonés, el llamado Super Kameoka, vio el interruptor de neutrinos en acción, marcando la primera (y hasta ahora única) vez que la compañía descubrió que violaba el Modelo Estándar.
Desafortunadamente, Ellis dijo que la masa del neutrino podría acomodarse en el Modelo Estándar con sólo unas pocas modificaciones simples a las ecuaciones. "Es posible añadir algunos con relativa facilidad", afirmó. Entonces, si bien la física de neutrinos pudo haber reclamado un premio, descubrieron que no ayudó a los teóricos en su búsqueda de nuevos modelos físicos.
Sin embargo, es posible que los neutrinos estén más que inacabados. Experimentos en Estados Unidos, Europa y Japón están intentando disparar rayos de neutrinos a sus detectores para aprender más sobre cómo convertir neutrinos de uno en otro. Randall Lisa, teórico de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, dijo que intercambiar detalles exactos podría ayudar a reducir el alcance de posibles nuevos modelos teóricos.
Y puede haber dos nuevos detectores. Una colaboración europea está operando un telescopio astronómico y el detector Neutrino Abyssal Environmental Research (Mars) en Toulon, Francia, en la costa mediterránea, y un equipo de estadounidenses está instalando IceCube en la Antártida. Mientras tanto, los detectores de cuerdas se utilizan para detectar fuentes sorprendentes de neutrinos en el universo de alta energía, como el agua o el hielo. Ann Talis se completó a principios de este verano y se han instalado aproximadamente la mitad de las 70 cadenas de detectores de IceCube. Sin embargo, el hielo es más de cinco veces más sensible que el SuperTemple de EE. UU., según Francis Halzen, investigador principal sobre el hielo en la Universidad de Wisconsin-Madison. "Esto no es algo que pensábamos que encontraríamos", dijo.
Después de todo, esto puede ser objeto de debate. Una posibilidad es que las partículas de materia oscura producidas por los neutrinos estén atrapadas en el núcleo del Sol. Sin embargo, todo se ha visto, dijo Halzen, y es casi seguro que el experimento de neutrinos requerirá un conjunto complejo de acciones de seguimiento. "Creo que estos experimentos se complementan entre sí", dijo. "Pero si tuviera que elegir, preferiría verla por primera vez."
¿Éxito?
Entonces, ¿cuál es el mejor modelo estándar para estos proyectos? Wilt se mostró escéptico. "No estoy sentado en el borde de mi silla", dijo. Si observamos los registros, parece que "el modo estándar siempre gana". Él cree que sólo los complejos tienen posibilidades reales de romper el molde existente en cualquier momento.
Y no hay garantía de que ni siquiera un colisionador gigante descubra algo nuevo. "La supersimetría podría mostrarse en cualquier momento antes de mediados de 2009, lo que nunca antes había sido posible", dijo Ellis. Dijo que si nunca hubiera una fecha, los físicos se enfrentarían al "mayor escenario de terror imaginable".
Pero Turner tiene una visión diferente. Al fin y al cabo, estos experimentos se combinan con combates complejos. Él cree que a través de su combinación de datos, se puede derrotar al modelo estándar compuesto y descubrir nuevas sociedades físicas. "Nos acercamos a una gran revolución", afirmó.
Geoff Brumfield es reportero senior en la sede de Natural en Londres.
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