Un logro histórico al revelar las fuerzas fundamentales del universo en el Gran Colisionador de Hadrones

Investigadores de la Universidad de Rochester que trabajan con la Colaboración CMS en CERNHemos logrado avances significativos en la medición del ángulo de mezcla electrodébil, lo que ha mejorado nuestra comprensión del modelo estándar de física de partículas.

Su trabajo ayuda a explicar las fuerzas fundamentales del universo, apoyado en experimentos como los del Gran Colisionador de Hadrones que ahondan en condiciones similares a las que se produjeron después la gran explosión.

Descubre secretos cósmicos

En la búsqueda por descifrar los secretos del universo, investigadores de la Universidad de Rochester han estado involucrados durante décadas en una colaboración internacional en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, conocida como CERN.

Aprovechando su amplia participación en el CERN, especialmente dentro de la colaboración CMS (Compact Muon Solenoid), el equipo de Rochester, dirigido por Ari Budek, George E. Buck: un logro innovador reciente. Su logro se centra en medir el ángulo de mezcla electrodébil, un componente fundamental del modelo estándar de física de partículas. Este modelo describe cómo interactúan las partículas y predice con precisión una amplia gama de fenómenos en física y astronomía.

«Las mediciones recientes del ángulo de mezcla de la fuerza electrodébil son increíblemente precisas, ya que se calcularon a partir de colisiones de protones en el CERN, y avanzan en la comprensión de la física de partículas», dice Budick.

el Colaboración en un sistema de gestión de contenidos. La Colaboración CMS reúne a miembros de la comunidad de física de partículas de todo el mundo para comprender mejor las leyes fundamentales del universo. Además de Bodek, el grupo de Rochester en el proyecto de colaboración CMS incluye a los investigadores principales Regina DeMina, profesora de física, y Aran García Bellido, profesor asociado de física, junto con becarios de investigación postdoctorales y estudiantes de posgrado y pregrado.

Los investigadores de la Universidad de Rochester tienen una larga trayectoria de trabajo en el CERN como parte de la colaboración Compact Muon Solenoid (CMS), incluido el desempeño de roles clave en el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012. Copyright: Samuel Joseph Herzog; Julián Marius Urdán

El legado de descubrimiento e innovación en el CERN

Ubicado en Ginebra, Suiza, el CERN es el laboratorio de física de partículas más grande del mundo y es conocido por sus descubrimientos pioneros y experimentos de vanguardia.

Los investigadores de Rochester tienen una larga trayectoria de trabajo en el CERN como parte de la colaboración CMS, incluido el desempeño de roles clave en… Descubrimiento del bosón de Higgs en 2012– Una partícula elemental que ayuda a explicar el origen de la masa en el universo.

El trabajo de la colaboración incluye la recopilación y el análisis de datos recopilados por el detector de solenoide de muones integrado en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. El LHC consta de un anillo de 17 millas de largo de imanes superconductores y estructuras de acelerador construido bajo tierra y se extiende a lo largo de la frontera entre Suiza y Francia.

El objetivo principal del LHC es explorar los componentes básicos de la materia y las fuerzas que los gobiernan. Esto se logra acelerando haces de protones o iones a una velocidad cercana a la de la luz y colisionando entre sí a energías extremadamente altas. Estas colisiones recrean condiciones similares a las que existieron milisegundos después del Big Bang, lo que permitió a los científicos estudiar el comportamiento de las partículas en condiciones extremas.

Desmantelando las fuerzas unificadas

En el siglo XIX, los científicos descubrieron que las diferentes fuerzas de la electricidad y el magnetismo están interconectadas: un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético y viceversa. Este descubrimiento formó la base del electromagnetismo, que describe la luz como una onda y explica muchos fenómenos en óptica, además de describir cómo interactúan los campos eléctricos y magnéticos.

Partiendo de esta comprensión, los físicos de la década de 1960 descubrieron que el electromagnetismo está relacionado con otra fuerza: la fuerza débil. La fuerza débil opera dentro del núcleo de los átomos y es responsable de procesos como la desintegración radiactiva y el impulso de la producción de energía en el Sol. Este descubrimiento condujo al desarrollo de la teoría electrodébil, que postula que el electromagnetismo y la fuerza débil son en realidad manifestaciones de baja energía de una fuerza unificada llamada interacción electrodébil unificada. Descubrimientos clave, como el bosón de Higgs, han confirmado este concepto.

Desarrollos en interacción electrodébil.

El equipo del CMS realizó recientemente una de las mediciones más precisas hasta el momento de esta teoría, analizando miles de millones de colisiones de protones en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Su atención se centró en medir el ángulo de mezcla débil, un parámetro que describe cómo el electromagnetismo y la fuerza débil se mezclan para formar partículas.

Las mediciones anteriores del ángulo de mezcla electrodébil han generado controversia dentro de la comunidad científica. Sin embargo, los últimos resultados son muy consistentes con las predicciones del Modelo Estándar de física de partículas. La estudiante graduada de Rochester, Rice Taus, y la becaria postdoctoral Aliko Khokhonishvili implementaron nuevas técnicas para reducir la incertidumbre metodológica inherente a esta medición, mejorando su precisión.

Comprender el ángulo de mezcla débil arroja luz sobre cómo las diferentes fuerzas del universo trabajan juntas en las escalas más pequeñas, profundizando la comprensión de la naturaleza fundamental de la materia y la energía.

«El equipo de Rochester ha estado desarrollando técnicas innovadoras y midiendo estos parámetros electrodébiles desde 2010 y luego implementándolas en el Gran Colisionador de Hadrones», dice Budick. «Estas nuevas técnicas han anunciado una nueva era de pruebas de precisión de las predicciones del modelo estándar».

La Colaboración CMS es una colaboración científica internacional responsable del experimento Compact Muon Solenoid (CMS) en el Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). La colaboración reúne a más de 4.000 científicos de más de 200 instituciones y 50 países, y lleva a cabo investigaciones en física de altas energías, explorando partículas y fuerzas fundamentales, incluido el famoso descubrimiento del bosón de Higgs en 2012.