¿Cómo saber si se ha descubierto una partícula? (Apéndice 3.1)

El experimento de Burton Richter en el colisionador SPEAR

A diferencia del experimento de Ting, que era de blanco fijo (protones acelerados contra un blanco estacionario), el experimento de Richter se parecía algo más al LHC por ser un colisionador, aunque no de protones, sino de electrones y positrones, justo como el LEP, predecesor del LHC en el CERN.

Un de las características de los colisionadores de haces de electrones y positrones (por ser partículas elementales) es que la energía de una colisión electrón – positrón está bastante bien definida, lo que no sucede con las partículas compuestas como los protones.

Cuando chocan, como ahora en el LHC, haces de protones de 7 TeV de energia en el centro de masas no hay manera de saber cómo se reparten los 3,5 TeV entre todos los componentes del protón (quarks y gluones…  mucho más complicado que la idea ingenua de que un protón está compuesto sin más por tres quarks). Sin embargo, en los colisionadores de electrones todo es más sencillo ya que en este caso no hay reparto.

Así pues, Richter y su equipo podían ajustar cuidadosamente la energía de sus haces de electrones/positrones. Y en esas estaban, aumentando poco a poco la energía de las colisiones y viendo lo que pasaba.

Siendo como es la mecánica cuántica (o más bien el mundo) el resultado de dos colisiones idénticas no es siempre el mismo, así que unas veces se producen parejas como electrón/positrón y muón positivo/muón negativo y muchas otras cosas más complicadas como hadrones (piones, kaones, etc.)…

Algunos resultados de las colisiones electrón - positrón

Lo que se encontraron Richter y sus colegas fue que para una energía cercana a 1,5 GeV por haz (más o menos 3,1 GeV en total) el número de partículas registradas daba un salto.Sospechando que pasaba algo interesante, fueron variando la energía a intervalos más pequeños y registrando las partículas producidas en cada caso.

El siguiente histograma,que está en la entrada del cuaderno de laboratorio de Burton Richter para el 10 de noviembre de 1974, muestra (algo así como) el número de hadrones producidos en función de la energía de un haz:

Logbook SPEAR / SLAC 11th Nov 1974
Documento cortesía de Burton Richter y los archivos de SLAC. Tomado de la revista “Symmetry”, September 2005

En 1,55 GeV (la energía total es de unos 3,10 GeV) hay un pico muy pronunciado para la producción de partículas (ver la figura de más abajo) que indica la existencia de una partícula, llamada \psi (psi) por Richter, con una masa cercana a los 3,10 GeV/c². Cuando se desintegra esta partícula da lugar a las partículas detectadas

Tasa de producción de partículas según la energía en el experimento de Richter y colaboradores
Tasa de producción (más o menos) de partículas según la energía total en el experimento de Richter y colaboradores (tomado de la conferencia Nobel de Burton Richter, 1976)

CONTINUARÁ… (Parte 4)

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