Un equipo de científicos en Hungría publicó recientemente un artículo que insinúa la existencia de una partícula subatómica previamente desconocida. El equipo informó por primera vez que encontró rastros de la partícula en 2016, y ahora informan más rastros en un experimento diferente.

Si se confirman los resultados, la llamada partícula X17 podría ayudar a explicar la materia oscura, la misteriosa sustancia que los científicos creen que representa más del 80% de la masa del universo. Puede ser el portador de una "quinta fuerza" más allá de las cuatro consideradas en el modelo estándar de física (gravedad, electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte).

Rompiendo átomos

La mayoría de los investigadores que buscan nuevas partículas utilizan enormes aceleradores que aplastan las partículas subatómicas a gran velocidad y observan lo que sale de la explosión. El mayor de estos aceleradores es el Gran Colisionador de Hadrones de Europa, donde el bosón de Higgs, una partícula que los científicos habían estado buscando durante décadas, fue descubierto en 2012.

Attila J. Krasznahorkay y sus colegas en ATOMKI (el Instituto de Investigación Nuclear en Debrecen, Hungría) han adoptado un enfoque diferente, realizar experimentos más pequeños que disparan las partículas subatómicas llamadas protones en los núcleos de diferentes átomos.

En 2016, observaron pares de electrones y positrones (la versión antimateria de los electrones) producidos cuando los núcleos de berilio-8 pasaban de un estado de alta energía a un estado de baja energía.

Encontraron una desviación de lo que esperaban ver cuando había un gran ángulo entre los electrones y los positrones. Esta anomalía podría explicarse mejor si el núcleo emitiera una partícula desconocida que luego se "dividiera" en un electrón y un positrón.

Esta partícula tendría que ser un bosón, que es el tipo de partícula que transporta fuerza, y su masa rondaría los 17 millones de electronvoltios. Eso es tan pesado como 34 electrones, que es bastante ligero para una partícula como esta. (El bosón de Higgs, por ejemplo, es más de 10, 000 veces más pesado.)

Debido a su masa, Krasznahorkay y su equipo llamaron a la partícula hipotética X17. Ahora han observado un comportamiento extraño en los núcleos de helio-4 que también puede explicarse por la presencia de X17.

Esta última anomalía es estadísticamente significativa:un nivel de confianza de siete sigma, lo que significa que existe una mínima posibilidad de que el resultado haya ocurrido por casualidad. Esto está mucho más allá del estándar habitual de cinco sigma para un nuevo descubrimiento, por lo que el resultado parecería sugerir que hay algo de física nueva aquí.

Comprobación y doble comprobación

Sin embargo, El nuevo anuncio y el de 2016 han sido recibidos con escepticismo por parte de la comunidad física, el tipo de escepticismo que no existía cuando dos equipos anunciaron simultáneamente el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012.

Entonces, ¿por qué es tan difícil para los físicos creer que podría existir un nuevo bosón ligero como este?

Primero, experimentos de este tipo son difíciles, y también lo es el análisis de los datos. Las señales pueden aparecer y desaparecer. En 2004, por ejemplo, el grupo en Debrecen encontró evidencia que interpretaron como la posible existencia de un bosón aún más ligero, pero cuando repitieron el experimento, la señal desapareció.

Segundo, es necesario asegurarse de que la existencia misma de X17 sea compatible con los resultados de otros experimentos. En este caso, Tanto el resultado de 2016 con berilio como el nuevo resultado con helio pueden explicarse por la existencia de X17, pero sigue siendo necesaria una comprobación independiente de un grupo independiente.

Krasznahorkay y su grupo informaron por primera vez de evidencia débil (a un nivel de tres sigma) para un nuevo bosón en 2012 en un taller en Italia.

Desde entonces, el equipo ha repetido el experimento utilizando equipos mejorados y ha reproducido con éxito los resultados de berilio-8. lo cual es tranquilizador, al igual que los nuevos resultados en helio-4. Estos nuevos resultados se presentaron en el simposio HIAS 2019 en la Universidad Nacional de Australia en Canberra.

¿Qué tiene esto que ver con la materia oscura?

Los científicos creen que la mayor parte de la materia del universo es invisible para nosotros. La llamada materia oscura solo interactuaría muy débilmente con la materia normal. Podemos inferir que existe a partir de sus efectos gravitacionales en estrellas y galaxias distantes, pero nunca se ha detectado en el laboratorio.

Entonces, ¿dónde entra X17?

En 2003, en uno de nosotros (Boehm) demostró que podía existir una partícula como X17, en trabajo en coautoría con Pierre Fayet y solo. Transportaría fuerza entre las partículas de materia oscura de la misma manera que los fotones, o partículas de luz, hacer para la materia ordinaria.

En uno de los escenarios que propuse, Las partículas ligeras de materia oscura a veces pueden producir pares de electrones y positrones de una manera similar a lo que ha visto el equipo de Krasznahorkay.

Este escenario ha dado lugar a muchas búsquedas en experimentos de baja energía, que han descartado muchas posibilidades. Sin embargo, X17 aún no se ha descartado, en cuyo caso el grupo Debrecen podría haber descubierto cómo las partículas de materia oscura se comunican con nuestro mundo.

Se requiere más evidencia

Si bien los resultados de Debrecen son muy interesantes, la comunidad física no estará convencida de que se ha encontrado una nueva partícula hasta que no haya una confirmación independiente.

Por lo tanto, podemos esperar muchos experimentos en todo el mundo que buscan un nuevo bosón liviano para comenzar a buscar evidencia de X17 y su interacción con pares de electrones y positrones.

Si llega la confirmación, el próximo descubrimiento podría ser las propias partículas de materia oscura.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.