La teoría rectora de la física de partículas explica todo sobre el mundo subatómico ... excepto las partes que no lo hace. Y desafortunadamente, no hay muchos adjetivos halagadores que se puedan aplicar al llamado Modelo Estándar. Construida poco a poco a lo largo de décadas, esta teoría de la física fundamental se describe mejor como desgarbada, mezcolanza y MacGyver junto con trozos de cuerda y goma de mascar.
Aún así, es un modelo increíblemente poderoso que predice con precisión una gran variedad de interacciones y procesos.
Pero tiene algunas deficiencias evidentes: no incorpora la gravedad; no puede explicar las masas de varias partículas, algunas de las cuales otorgan fuerza; no tiene una explicación para cierto comportamiento de neutrinos; y directamente no tiene una respuesta para la existencia de materia oscura.
Entonces, tenemos que resolver algo. Necesitamos ir más allá del Modelo Estándar para comprender mejor nuestro universo.
Desafortunadamente, muchos de los principales contendientes para explicar este gran más allá, llamadas teorías supersimétricas, han sido descartados o severamente limitados en los últimos años. Sin embargo, todavía existe un concepto de Ave María que podría explicar las partes misteriosas del universo que no cubre el Modelo Estándar: partículas supersimétricas de larga vida, a veces llamadas espartículas para abreviar. Pero deprimentemente, una búsqueda reciente de estas partículas extrañas ha regresado con las manos vacías.
No tan simetría súper
Con mucho, el conjunto de teorías más moderno que supera los límites del Modelo Estándar actual se agrupa en una clase de ideas conocidas como supersimetría. En estos modelos, los dos campos principales de partículas en la naturaleza ("bosones", como los fotones familiares, y "fermiones", como los electrones, los quarks y los neutrinos) en realidad tienen una extraña relación de hermanos. Cada bosón tiene un compañero en el mundo de los fermiones y, de la misma manera, cada fermión tiene un amigo bosón al que llamar propio.
Ninguno de estos socios (o más apropiadamente en la jerga confusa de la física de partículas - "supercompañeros") se encuentran entre la familia normal de partículas conocidas. En cambio, suelen ser mucho, mucho más pesados, más extraños y, en general, de aspecto más extraño.
Esta diferencia de masa entre las partículas conocidas y sus supercompañeros es el resultado de algo llamado ruptura de simetría. Esto significa que a altas energías (como el interior de los aceleradores de partículas), las relaciones matemáticas entre las partículas y sus compañeros están en equilibrio, lo que lleva a masas iguales. Sin embargo, a bajas energías (como los niveles de energía que experimenta en la vida cotidiana normal), esta simetría se rompe, lo que hace que las masas de partículas asociadas se disparen. Este mecanismo es importante, porque también explica potencialmente por qué, por ejemplo, la gravedad es mucho más débil que las otras fuerzas. La matemática es un poco complicada, pero la versión corta es esta: algo se rompió en el universo, causando que las partículas normales se vuelvan drásticamente menos masivas que sus supercompañeros. Esa misma acción de ruptura puede haber castigado la gravedad, disminuyendo su fuerza en relación con las otras fuerzas. Hábil.
Vivir largo y prosperar
Para buscar la supersimetría, un grupo de físicos intervino y construyó el destructor de átomos llamado Gran Colisionador de Hadrones, que después de años de ardua búsqueda llegó a la sorprendente pero decepcionante conclusión de que casi todos los modelos de supersimetría estaban equivocados.
Whoops
En pocas palabras, no podemos encontrar partículas asociadas. Cero. Nada. Nada No han aparecido indicios de supersimetría en el colisionador más poderoso del mundo, donde las partículas se comprimen alrededor de un artilugio circular a casi la velocidad de la luz antes de chocar entre sí, lo que a veces resulta en la producción de nuevas partículas exóticas. No significa necesariamente que la supersimetría sea incorrecta, per se, pero ahora se han descartado todos los modelos más simples. ¿Es hora de abandonar la supersimetría? Tal vez, pero puede haber un Ave María: partículas de larga vida.
Por lo general, en la tierra de la física de partículas, cuanto más masivo eres, más inestable eres y más rápido se descompondrá en partículas más simples y livianas. Así son las cosas. Dado que se espera que todas las partículas asociadas sean pesadas (de lo contrario, ya las habríamos visto), esperábamos que se pudrieran rápidamente en lluvias de otras cosas que podríamos reconocer, y luego habríamos construido nuestros detectores en consecuencia.
Pero, ¿y si las partículas compañeras fueran de larga vida? ¿Qué pasaría si, a través de algún capricho de la física exótica (deles a los teóricos unas horas para pensarlo, y se les ocurran caprichos más que suficientes para que esto suceda), estas partículas logran escapar de los límites de nuestros detectores antes de descomponerse debidamente en algo menos extraño? En este escenario, nuestras búsquedas habrían quedado completamente vacías, simplemente porque no estábamos mirando lo suficientemente lejos. Además, nuestros detectores no están diseñados para poder buscar directamente estas partículas de larga vida.
ATLAS al rescate
En un reciente artículo publicado en línea el 8 de febrero en el servidor de preimpresión arXiv, los miembros de la colaboración ATLAS (una abreviatura algo incómoda para A Toroidal LHC ApparatuS) en el Gran Colisionador de Hadrones informaron una investigación sobre tales partículas de larga vida. Con la configuración experimental actual, no podían buscar todas las partículas posibles de larga vida, pero podían buscar partículas neutras con masas entre 5 y 400 veces mayores que las del protón.
El equipo de ATLAS buscó las partículas de larga vida no en el centro del detector, sino en sus bordes, lo que habría permitido que las partículas viajen desde unos pocos centímetros hasta unos pocos metros. Puede que no parezca muy lejano en términos de estándares humanos, pero para partículas masivas y fundamentales, bien podría ser el borde del universo conocido.
Por supuesto, esta no es la primera búsqueda de partículas de larga vida, pero es la más completa, utilizando casi todo el peso de las cargas de registros experimentales en el Gran Colisionador de Hadrones.
Y el gran resultado: nada. Cero. Nada. Nada
Ni un solo signo de partículas de larga vida.
¿Significa esto que la idea también está muerta? No del todo: estos instrumentos no estaban realmente diseñados para ir a cazar este tipo de bestias salvajes, y solo estamos luchando con lo que tenemos. Puede tomar otra generación de experimentos diseñados específicamente para atrapar partículas de larga vida antes de que atrapemos una.
O, más deprimentemente, no existen. Y eso significaría que estas criaturas, junto con sus compañeros supersimétricos, en realidad son fantasmas imaginados por físicos febriles, y lo que realmente necesitamos es un marco completamente nuevo para resolver algunos de los problemas pendientes de la física moderna.
