¿Cómo saber si se ha descubierto una partícula? (Parte 3)

El descubrimiento de la partícula J/psi y las masterclasses de física de partículas

El experimento que Sam Ting y su equipo llevaron a cabo y que dio sus mejores frutos hacia finales de 1974 consistía en acelerar haces de protones y hacerlos chocar contra un blanco de berilio (que también está lleno de protones). Como resultado de una de estas colisiónes protón – protón se producen montones de partículas (¡E = mc²!):

No todos los sucesos son igualmente interesantes y los físicos de partículas saben(*) que entre los mejores están los que contienen pares partícula – antipartícula (que pueden venir de la desintegración de una partícula neutra) como por ejemplo electrón – positrón o muón positivo – muón negativo:

En la colisión se pueden producir nuevas partículas inestables, llamémoslas X, tales que al cabo de un tiempo se desintegran espontáneamente en un electrón  y un positrón:

\mathsf{X\rightarrow e^{+}+e^{-}}

Lo que hicieron Ting y su equipo fue analizar los sucesos con parejas electrón – positrón y, suponiendo que venían de una partícula X, usar las leyes de conservación de la energía y el momento lineal de la relatividad especial para obtener su masa [como se explicará más adelante].

Si las parejas no proceden de una partícula X, ninguna masa de las obtenidas en el cálculo predominaría especialmente sobre las demás, pero el resultado fue más bien este:


tomado de “Experimental Observation of a Heavy Particle J” J. J. Aubert et al. Phys. Rev. Lett. 33, 1404 (1974)

Un histograma que muestra la frecuencia de los pares electrón-positrón según la masa reconstruida \mathsf{m_{X}} y que tiene un pico clarísimo para

\mathsf{m_{X}\thickapprox3,1\frac{GeV}{c^{2}}}

lo que quiere decir que  con toda probabilidad hay una partícula de esa masa de la que provienen (casi todas, ver la letra pequeña más adelante *) las parejas electrón – positrón detectadas.

¿Y las masterclasses?

Pues justamente esto es lo que se hace en el “Ejercicio J/psi” del experimento CMS en las Masterclasses internacionales de física de partículas salvo que los datos son de colisiones protón – protón en el detector CMS del acelerador LHC y se buscan parejas de muón positivo/muón negativo en lugar de electrón/positrón.

¿Y por qué es importante?

Para empezar, resulta que esta técnica es la que permite afirmar en la mayoría de los casos [¿todos? *] que se ha detectado una nueva partícula desde que empezaron en los años 1950 los experimentos de física de partículas con aceleradores.Cuando se descubra el Higgs -si se descubre- se verá una gráfica similar a la de más arriba, y lo mismo si se encuentran partículas aún más exóticas.

Así pues, si participamos en las masterclasses estaremos acercándonos (de forma muy simplificada e ignorando toda la letra pequeña de la que sólo hablaremos un poco más tarde) a una técnica relevante y que usan los físicos de verdad…

Además,el ejemplo histórico elegido, esa partícula X a la que llamó J Sam Ting no fue el descubrimiento de una vulgar partícula más, ya que desencadenó lo que a veces se llama la Revolución de noviembre en física de partículas [CONTINUARÁ]

La partícula psi de Richter y su equipo

Simultáneamente al trabajo de Ting,  Burton Richter y su equipo utilizaban otra técnica para descubrir la misma partícula, a la que ellos llamaron psi (como no hubo acuerdo sobre el nombre, hoy llamamos a la partícula J/psi).

Nos extenderemos un poquito sobre esa técnica porque ayuda a comprender de qué va todo esto.

(*) indica puntos que con seguridad merecen ser clarificados…


CONTINUARÁ… (apéndice 3.1)

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