Una nueva medida de precisión realizada por ATLAS arroja luz sobre la masa del bosón W

La colaboración internacional del experimento ATLAS del CERN ha anunciado hoy una nueva medida de precisión relativa a la masa del bosón W. El resultado concuerda con las predicciones del Modelo Estándar y arroja un poco de luz sobre la masa del bosón W, que continúa en el punto de mira después de que la colaboración CDF del Fermilab anunciara que su medida, la más precisa realizada hasta la fecha, discrepaba de las predicciones del Modelo Estándar.

El resultado preliminar, presentado hoy en la conferencia Rencontres de Moriond, se ha obtenido a partir de un nuevo análisis de una muestra de 14 millones de candidatos a bosón W producidos en colisiones protón - protón en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas insignia del CERN.

La nueva medida de la masa del bosón W realizada por ATLAS, 80360 MeV con una incertidumbre de 16 MeV, es inferior -en un valor 10 MeV- al resultado anterior obtenido por la colaboración y un 16% más precisa. Sin embargo, a pesar de que esta nueva medida de ATLAS es más precisa que todas las anteriores realizadas por la colaboración, no ha conseguido tener mayor precisión que la última realizada por CDF (80434 MeV +/- 9 MeV), que continúa siendo la más precisa hasta la fecha y la única que difiere significativamente del Modelo Estándar.

"La medición de la masa W es una de las medidas de precisión más difíciles de realizar en los colisionadores de hadrones. Requiere una calibración extremadamente precisa de las energías y los momentos de las partículas medidas, así como una evaluación cuidadosa y un control excelente de las incertidumbres de los modelos", afirma Andreas Hoecker, portavoz de ATLAS. "Este resultado actualizado y mejorado de ATLAS proporciona una medida rigurosa y, por el momento, podemos decir que confirma la consistencia de nuestra comprensión teórica de las interacciones electrodébiles".

La masa del bosón W, en el punto de mira desde hace un año

El descubrimiento del bosón W en el CERN hace 40 años ayudó a confirmar la teoría de la interacción electrodébil, que unifica las fuerzas electromagnética y débil. Esta teoría es ahora la piedra angular del Modelo Estándar de la Física de Partículas. Los investigadores del CERN que hicieron posible este descubrimiento recibieron el Premio Nobel de Física en 1984.

Desde entonces, diversos experimentos internacionales han medido la masa del bosón W con una precisión cada vez mayor. En el Modelo Estándar, la masa del bosón W está estrechamente relacionada con la fuerza de las interacciones electrodébiles y las masas de las partículas elementales más pesadas, como el bosón Z, el quark top y el bosón de Higgs. La masa que predice el Modelo Estándar para el bosón W es de 80354 millones de electronvoltios (MeV), con una incertidumbre de 7 MeV. Cualquier desviación experimental con respecto a esta predicción sería un indicador de nuevos fenómenos físicos desconocidos, como nuevas partículas o interacciones.

En abril de 2022, la colaboración CDF del Fermilab hacía saltar las alarmas al dar a conocer sus resultados acerca de una nueva medición de la masa del bosón W, la más precisa realizada hasta la fecha. El valor obtenido por la colaboración resultó más alto de lo esperado, discrepando de las predicciones del Modelo Estándar y del resto de resultados experimentales obtenidos con anterioridad. Desde ese momento, la comunidad investigadora dejó clara la necesidad de seguir realizando mediciones de la masa del bosón W ya que, de confirmarse, esta discrepancia podría sugerir la necesidad de ampliar el Modelo Estándar o de mejorar los cálculos y predicciones que se extraen de él.

Este nuevo resultado de la colaboración ATLAS ayuda a esclarecer la discordancia obtenida por CDF entre el valor teórico y el experimental de la masa del bosón W. Sin embargo, siguen siendo necesarias más mediciones experimentales para confirmar si el Modelo Estándar, tal y como está construido actualmente, es capaz de predecir correctamente la masa del bosón W o no, abriendo el camino a posibles nuevas teorías físicas aún desconocidas.