Experimentos en el CERN y el Laboratorio de Aceleradores de Jyväskylä, Finlandia, han revelado que el radio de un núcleo exótico de aluminio, 26m Al, es mucho más grande de lo que se pensaba anteriormente. El resultado, descrito en un artículo recién publicado en Physical Review Letters , arroja luz sobre los efectos de la fuerza débil sobre los quarks, las partículas elementales que forman los protones, neutrones y otras partículas compuestas.
Entre las cuatro fuerzas fundamentales conocidas de la naturaleza (la fuerza electromagnética, la fuerza fuerte, la fuerza débil y la gravedad), la fuerza débil puede, con cierta probabilidad, cambiar el "sabor" de un quark. El modelo estándar de física de partículas, que describe todas las partículas y sus interacciones entre sí, no predice el valor de esta probabilidad, pero, para un tipo de quark determinado, sí predice que la suma de todas las probabilidades posibles será exactamente 1. Por lo tanto, la suma de probabilidades ofrece una manera de probar el modelo estándar y buscar nueva física:si se encuentra que la suma de probabilidades es diferente de 1, implicaría nueva física más allá del modelo estándar.
Curiosamente, la suma de probabilidades que implica al quark up está actualmente en aparente tensión con la unidad esperada, aunque la fuerza de la tensión depende de los cálculos teóricos subyacentes. Esta suma incluye las probabilidades respectivas de que el quark down, el quark extraño y el quark bottom se transformen en el quark up.
La primera de estas probabilidades se manifiesta en la desintegración beta de un núcleo atómico, en la que un neutrón (compuesto por un quark up y dos quarks down) se transforma en un protón (compuesto por dos quarks up y un quark down) o viceversa. Sin embargo, debido a la compleja estructura de los núcleos atómicos que sufren desintegraciones beta, una determinación exacta de esta probabilidad generalmente no es factible.
Por tanto, los investigadores recurren a un subconjunto de desintegraciones beta que son menos sensibles a los efectos de la estructura nuclear para determinar la probabilidad. Entre las diversas cantidades que se necesitan para caracterizar tales desintegraciones beta "superpermitidas" se encuentra el radio (de carga) del núcleo en descomposición.
Aquí es donde aparece el nuevo resultado para el radio de los 26m Entra el núcleo, que sufre una desintegración beta superpermitida. El resultado se obtuvo midiendo la respuesta del 26m Al núcleo a luz láser en experimentos realizados en las instalaciones ISOLDE del CERN y en las instalaciones IGISOL del Laboratorio del Acelerador. El nuevo radio, un promedio ponderado de los conjuntos de datos ISOLDE e IGISOL, es mucho mayor de lo previsto, y el resultado es un debilitamiento de la aparente tensión actual en la suma de probabilidades que involucra al quark up.
"Los radios de carga de otros núcleos que sufren desintegraciones beta superpermitidas se han medido previamente en ISOLDE y otras instalaciones, y se están realizando esfuerzos para determinar el radio de 54 Co en IGISOL", explica el físico de ISOLDE y autor principal del artículo, Peter Plattner. "Pero 26m Al es un caso bastante singular ya que, aunque es el núcleo estudiado con mayor precisión, su radio sigue siendo desconocido hasta ahora y resulta que es mucho mayor de lo que se supone en el cálculo de la probabilidad del quark down. transformándose en el quark up."
"La búsqueda de nueva física más allá del modelo estándar, incluidas aquellas basadas en las probabilidades de que los quarks cambien de sabor, son a menudo un juego de alta precisión", dice el teórico del CERN Andreas Juttner. "Este resultado subraya la importancia de examinar todos los resultados experimentales y teóricos relevantes de todas las formas posibles."
Los experimentos pasados y presentes de física de partículas en todo el mundo, incluido el experimento LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones, han contribuido y siguen contribuyendo significativamente a nuestro conocimiento de los efectos de la fuerza débil sobre los quarks mediante la determinación de diversas probabilidades de un tipo de quark. cambiar. Sin embargo, los experimentos de física nuclear sobre desintegraciones beta superpermitidas ofrecen actualmente la mejor manera de determinar la probabilidad de que el quark down se transforme en el quark up, y es posible que este siga siendo el caso en el futuro previsible.
Más información: P. Plattner et al, Radio de carga nuclear de Al26m y su implicación para Vud en la matriz de mezcla de quarks, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.222502
Información de la revista: Cartas de revisión física
Proporcionado por CERN
