Se observan por primera vez átomos mesónicos tipo pión-kaón

Por Francisco R. Villatoro, el 23 septiembre, 2016. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 1

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Dos mesones cargados, un pión y un kaón de cargas opuestas, pueden formar un átomo exótico (llamado átomo mesónico). La Colaboración DIRAC en el CERN bombardea con protones de 24 GeV blancos de níquel o platino. En total ha observado 349±62 átomos πK, tanto πK+ como π+K, lo que implica una confianza estadística de 5,6 sigmas y permite proclamar un descubrimiento. En rigor lo único que se observa es un exceso en la producción de pares pión-kaón (πK). Pero que está de acuerdo con las predicciones teóricas para la formación de un átomo mesónico, que es metaestable y se desintegra rápidamente.

En el año 2007 la Colaboración DIRAC observó 173 ± 54 átomos πK usando platino como blanco, lo que implica una confianza estadística de 3,2 sigmas. Entre 2008 y 2010 se detectaron 178 ± 49 átomos πK usando níquel como blanco, lo que implica 3,6 sigmas. El nuevo resultado combina ambos resultados (Ni y Pt), junto a nuevas técnicas de análisis, para obtener 5,6 sigmas.

La proclamación definitiva del descubrimiento de un átomo exótico formado por mesones πK se publica en DIRAC Collaboration, “Observation of πK+ and π+K Atoms,” Phys. Rev. Lett. 117: 112001 (08 Sep 2016), doi: 10.1103/PhysRevLett.117.112001arXiv:1605.06103 [hep-ex]. Más información divulgativa en Michael Schirber, “Strange Mesonic Atoms Detected,” APS Physics, 08 Sep 2016.

dibujo20160923-dirac-experiment-setup-cern-prl-dirac-collaborationRecuerda que los mesones son hadrones formados por un par quark-antiquark ligado con gluones (en rigor, una sopa de quarks y gluones dominada por la presencia de un par quark-antiquark de valencia). Los piones tienen un quark arriba (up) y un antiquark abajo (down), o viceversa, y los kaones tienen un quark arriba (up) y un antiquark extraño (strange), o viceversa. El experimento DIRAC también ha observado  436 ± 61 átomos mesónicos pión-pión (llamados pionio o pionium), lo que implica una observación a 7,0 sigmas. Estos átomos son metaestables y se desintegran rápidamente, siendo su vida media de 3×10−15 segundos (aunque en ciertos algunos parecen tener una vida más largo de unos 10−11 s). Más información en DIRAC Collaboration, “First observation of long-lived π+π atoms,” arXiv:1508.04712 [hep-ex].

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Esta figura muestra el exceso observado a 5,6 sigmas para los átomos πK. Todavía no se ha publicado un análisis detallado de su vida media (artículo que se espera para los próximos meses). Por supuesto, para su interpretación correcta se requiere el uso de modelos teóricos, que por fortuna han sido desarrollados en los últimos lustros.

 



1 Comentario

  1. Seguimos sin encontrar ningún dato experimental que nos permita ir más allá de las teorías establecidas hace décadas. Aunque es cierto que se están explorando las teorías ya consolidadas con una precisión sin precedentes, se están estableciendo nuevos límites de exclusión, etc en lo que se refiere a avances para ir más allá, la Física está totalmente estancada. Los experimentos para detectar WIMPS, SUSY, partículas de KK, dimensiones extra, compositness models, desviaciones de la gravedad a cortas distancias, desintegraciones del protón, monopolos, desviaciones del SM, etc, etc han sido un rotundo fracaso. Paradójicamente quizás la falta de resultados en la detección de materia oscura podría ser positiva: si consiguieramos descartar las WIMPS y los Axiones como los componentes de la materia oscura (algo muy difícil sino imposible) tendríamos que empezar a considerar muy seriamente modelos más exóticos e interesantes como los modelos “brane world”.
    Por otro lado creo que debemos empezar a aceptar algo que cada vez es más evidente pero que muchos odian: la inflación cósmica y su expansión exponencial han creado una ramificación inimaginable de regiones del espacio-tiempo (Universos) con distintos valores de la energía del vacío. Debemos ser honestos y objetivos y aceptar TODAS las implicaciones de nuestras teorías establecidas aunque no nos gusten. Quedarnos con la parte que nos gusta y desechar el resto no es una actitud científica y la inflación predice la existencia de una región de falso vacío que se expande sin fin dando lugar a una inmensa ¿infinita? variedad de nuevas zonas de vacío verdadero (nuevos big-bang y nuevos Universos). Las “pruebas” y los indicios de esto se acumulan: es imposible deducir los valores de las constantes fundamentales a partir de primeros principios y es imposible encontrar una teoría que explique un ajuste de 120 órdenes de magnitud en el valor de la energía del vacío que hemos medido. Las masas de las partículas parecen formar un patrón aleatorio dentro de los valores que permiten la existencia de vida y nuestra teoría candidata a explicar la gravedad cuántica predice la existencia de un “landscape”. No hay escapatoria: nuestro Universo es mucho más grande, inmenso y variado de lo que cualquier cerebro humano pueda llegar a concebir, vivimos en un Multiverso eterno y prácticamente infinito. El lado positivo es que las mismas leyes Físico-Matemáticas que gobiernan nuestro Universo rigen en todo el Multiverso y la ciencia tiene que aspirar a encontrarlas, el lado negativo es que el poder de predicción de la Física queda mermado: prácticamente todos los valores y posibilidades existen y nosotros estamos en la limitada zona donde estos valores posibilitan la existencia de vida. De nuevo la realidad supera la ficción y la ciencia nos indica que nuestras ingenuas percepciones nos muestran solo una parte infinitesimal y deformada de la realidad. ¿Alguien podría imaginar algo más extraño e impresionante?

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Por Francisco R. Villatoro, publicado el 23 septiembre, 2016
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