La búsqueda del quark top

¿Cómo usan los científicos de hoy en día la conservación del momento lineal?

Conocimientos previos


Página principal - Calcula la masa
Aún estamos aprendiendo cómo funciona el Universo, de qué está hecho y cómo empezó. La Física de Altas Energías es la ciencia de la naturaleza fundamental de la materia. El estudio de las fuerzas y las partículas subatómicas nos da una clave para la comprensión de las leyes básicas que gobiernan el Universo.

El más potente acelerador del mundo, el Tevatrón de Fermilab, da a los científicos de los Estados Unidos de América y del resto del mundo la oportunidad de trabajar juntos en experimentos que revelan el carácter de las piezas de las que que se compone el Universo.

Durante el siglo pasado, la investigación reveló la estructura del átomo y el núcleo atómico, con los electrones en órbita a su alrededor. Penetrando más profundamente en esta estructura, la ciencia se centra ahora en las partículas del interior nuclear. Una serie continuada de experimentos ha dado lugar a un modelo de las fuerzas y las partículas fundamentales de la materia al que llamamos modelo standard.

Desde el descubrimiento del quark bottom en 1977, los físicos de partículas intentaron descubrir el quark top. Nacieron y murieron experimentos, e incluso aceleradores completos, sin que se encontrara. Sin embargo, en lugar de deducir que estaban intentando atrapar una ilusión, la mayoría de los físicos siguió confiando en la existencia del top; y estaban seguros de que la presa era real por su confianza en el modelo que habían construido para describir el funcionamiento del Universo. El quark top fue descubierto por científicos de Fermilab en 1995 tras hacer colisionar protones y antiprotones con energías de 900 GeV.

La célebre ecuación de Einstein se comprueba diariamente en aceleradores de partículas de todo el mundo. La idea de que la masa y la energía son intercambiables es esencial para quienes están interesados en entender cómo se crean dos quarks top (en realidad un top y un antitop) a partir de la colisión de dos protones (un protón y un antiprotón, para ser exactos). El experimento puede compararse con un choque entre dos pelotas de ping pong del que salieran dos bolas de acero del mismo tamaño pero considerablemente más pesadas. Los protones de alta energía colisionan, creando quarks top cuya masa es unas 180 veces mayor. La energía de los protones de menor masa se convierte en la enorme masa de los quarks top resultantes. (Diagrama de las pelotas de ping-pong transformándose en bolas de acero)

Es posible que la conversión de energía en masa parezca más aceptable al tener en cuenta que las partículas del par protón - antiprotón viajaban con una velocidad tan próxima a la de la luz que disponían de unos 1.8 x 1012 eV de energía, y es ésa energía la que se transformó en la masa de los quarks recién descubiertos (como se muestra en este diagrama de E=mc2).

A propósito, los científicos miden la energía de estas partículas subatómicas en electronvoltios, que son, justo como los julios, unidades de energía. También miden sus masas en electronvoltios/c2, es decir, en unidades de energía dividida entre la velocidad de la luz, c, al cuadrado. Esto se hace teniendo en cuenta que E = mc2 para escribir la masa en unidades eV/c2. A fin de hacer las unidades más manejables, los físicos usan el GeV (gigaelectronvoltio, que a menudo se pronuncia "jev"). 1 GeV equivale a 109 eV. Los físicos emplean esa unidad porque hace que les resulte más sencillo trabajar con las masas y energías de las partículas, igual que los astrónomos usan los años luz para las distancias en lugar de los kilómetros o las millas.

Como ayuda para entender la idea de que masa y energía son intercambiables, vas a examinar las huellas que dejó un suceso de producción de un par top/antitop en Fermilab el 9 de julio de 1995 (para el que se presenta aquí una interpretación artística.)

Los quarks top y antitop tienen vidas muy cortas. Se desintegran rápidamente en partículas "hijas" que a su vez lo hacen en "nietas" y "bisnietas": Es ésta descendencia la que que detectaron los científicos en Fermilab. (Aquí se muestran las partículas realmente vistas en el detector.)

Este suceso muestra que los quarks top y antitop (etiquetados como t y t - barra) nunca se detectan directamente, ya que se desintegran muy rápidamente en cuatro "jets" (grandes chorros de partículas), un muón (en verde) y un neutrino (en magenta) en la parte superior de la interpretación artística.

Al principio todo esto puede parecer complicado, pero la masa del top es fácil de calcular a partir del gráfico del mismo suceso en el detector D - Cero generado por computadora. Volver al cálculo de la masa.