El bosón Z cumple 30 años

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Trazas de partículas dejadas por el bosón Z.

El 4 de julio de 2042 no sólo faltarán casi dos décadas para el regreso del cometa Halley (en 2061), también se conmemorarán los 30 años del anuncio del descubrimiento del bosón de Higgs (4 de julio de 2012), el último ladrillo de la colosal catedral que cientos de físicos han construido a lo largo de los años llamada Modelo Estándar.
De la misma manera, el 1 de junio de 2013 se conmemoran 30 años del anuncio del bosón Z, un importante bosón que es menos conocido que el Higgs ya que nadie escribió libros sobre su búsqueda ni tiene pseudónimo divino alguno. El bosón Z es un pariente cercano del fotón (partículas de luz), en realidad son hermanos que junto a otros dos bosones llamados W+ y W son las partículas mediadoras de la llamada interacción electrodébil. Esta interacción no es muy conocida ya que no existe en nuestro universo en estos días, sin embargo esta interacción fue importante luego del Big Bang cuando las temperaturas eran muy altas. Al expandirse, el universo se enfrió dando paso a lo que los físicos llaman una transición de fase, similar al agua que se transforma en hielo al enfriarse. En el caso del universo, los cuatro bosones (inicialmente sin masa) se separaron en dos grupos que podemos encontrar hasta nuestros días: en el primer grupo está el fotón, partícula sin masa ni carga eléctrica que es responsable del electromagnetismo, esa interacción que nos permite ver a nuestro alrededor (los fotones son las partículas de luz) y mantiene nuestros dispositivos electrónicos funcionando; en el segundo grupo quedaron los bosones Z, W+ y W, y así como el agua se expande al convertirse en hielo, estos tres bosones se volvieron muy masivos tras la transición de fase (contrarios al fotón que se quedó sin masa) debido a su interacción con el campo de Higgs. Así como el fotón es la partícula mediadora de la interacción electromagnética, estos tres bosones son las partículas mediadoras de la interacción nuclear débil. En concreto, son responsables de que partículas fundamentales que componen la materia puedan transformarse produciendo lo que llamamos desintegraciones radiactivas.

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Trazas de partículas revelando la existencia de las corrientes neutras en Gargamelle.

Los bosones Z, W+ y W fueron predichos por Sheldon Glashow, Abdus Salam y Steven Weinberg en 1968 en su formulación de la teoría unificada del electromagnetismo y la interacción nuclear débil (comúnmente denominada unificación electrodébil). En 1973 miembros del experimento Gargamelle del CERN anunciaron la observación indirecta de las llamadas corrientes neutras, la huella del bosón Z interactuando con otras partículas y una de las predicciones de la teoría electrodébil, por lo que Glashow, Salam y Weinberg recibieron el Premio Nobel en 1979.

Los bosones W y Z son tan masivos que aceleradores de alta energía eran necesarios para crearlos en el laboratorios (lo mismo ocurrió con el Higgs, que requirió del LHC). En 1981 el CERN inauguró el Super Proton Synchrotron (SPS), un colisionador que hoy funciona como uno de los muchos pre-aceleradores para inyectar protones al LHC y también proporciona protones para generar los neutrinos para el experimento OPERA. Sus dos experimentos (equivalentes a ATLAS y CMS de la época) denominados UA1 y UA2 llamaron a una conferencia de prensa el 25 de enero de 1983 (similar a la del año pasado) en la que se anunció la observación directa del bosón W.

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Vista de los detectores UA1 y UA2 en el SPS del CERN.

Este descubrimiento fue recibido con júbilo por la comunidad científica ya que indicaba que las predicciones más osadas del Modelo Estándar podían verificarse con gran precisión. Incluso la masa medida del bosón W estaba de acuerdo a los cálculos.
Este descubrimiento era suficiente para que 1983 fuese un año memorable para el CERN, sin embargo un llamado a otra conferencia de prensa el 1 de junio del mismo año sorprendió a la comunidad científica con el anuncio de la observación directa del bosón Z en los experimentos UA1 y UA2. Luego del anuncio del W en enero se sabía que observar el Z era sólo cuestión de tiempo, sin embargo una vez más el Modelo Estándar triunfaba con sus predicciones, estableciéndose como la teoría aceptada para describir las partículas fundamentales.

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Carlo Rubbia (líder de UA1) y Herwig Schopper (director general CERN) anunciando el descubrimiento de bosón Z.

El físico italiano Carlo Rubbia y el holandés Simon van der Meer estuvieron a cargo del desarrollo y construcción del SPS así como la técnica detrás de los experimentos que descubrieron el W y el Z, por lo que compartieron el Premio Nobel en 1984, sólo un año más tarde. El Premio Nobel de 1984 es llamado el más rápido de la historia porque no es común que se entregue al año siguiente del descubrimiento. Sin embargo es esperable que la historia se repita este año, ya que nadie duda que Peter Higgs será uno de los galardonados con el Premio Nobel 2013.

Imágenes: CERN

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Acerca de Jorge Diaz

Jorge es Investigador Postdoctoral en el Karlsruher Institut für Technologie, Alemania. Se dedica a la Astrofísica de Partículas estudiando neutrinos, rayos cósmicos y fotones de alta energía. Obtuvo su Ph.D. en Física de Partículas en Indiana University, Estados Unidos. En Twitter: @jsdiaz_
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3 respuestas a El bosón Z cumple 30 años

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