El modelo estándar de física de partículas proporciona una mejor comprensión de las fuerzas que describen las interacciones entre partículas subatómicas. La fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil, la fuerza electromagnética y la gravedad son las cuatro fuerzas fundamentales que definen nuestro universo y están descritas por el Modelo Estándar.
Las fuerzas fuertes generalmente tienen efectos mucho mayores que las fuerzas nucleares débiles, lo que las hace difíciles de estudiar.
En un nuevo estudio, los investigadores pretenden mejorar nuestra comprensión de la fuerza nuclear débil analizando las desintegraciones beta de núcleos «vítreos» como el litio-8 y el boro-8. En los núcleos de vidrio, el número de protones y neutrones es el mismo, pero su composición es diferente. Por ejemplo, el litio-8 tiene tres protones y cinco neutrones, pero el boro-8 tiene cinco protones y tres neutrones.
Se han realizado mediciones más precisas de los parámetros de desintegración beta para identificar componentes nucleares débiles que actualmente no pueden explicarse mediante el modelo estándar. La fuerza nuclear débil impulsa el proceso de desintegración beta nuclear, que ocurre cuando un protón o neutrón en un núcleo emite una partícula beta (electrón o positrón) y un neutrino.
Los investigadores buscan desviaciones de las predicciones de los modelos estándar en las desintegraciones beta de núcleos vítreos como el boro-8 y el litio-8. Sin embargo, hasta ahora, los resultados son consistentes con las predicciones del modelo estándar. Para este trabajo, los investigadores combinaron técnicas experimentales avanzadas con marcos teóricos. Su trabajo sentará las bases para futuros avances en nuestra comprensión de la fuerza nuclear débil.
Un equipo de investigadores nucleares de la Universidad Estatal de Luisiana, el Laboratorio Nacional Argonne y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore midieron las propiedades de desintegración beta de los núcleos de vidrio, concretamente el litio-8 y el boro-8, con alta precisión. Los protones y neutrones forman el mismo número en los núcleos de vidrio, pero su configuración difiere en cada núcleo.
Los investigadores pueden aprender más sobre la fuerza nuclear débil estudiando núcleos de vidrio como el boro-8 y el litio-8. Esta fuerza es responsable de la desintegración beta y los núcleos de vidrio brindan una oportunidad única para explorarla con mayor sensibilidad. Los investigadores esperaban que efectos novedosos específicos tuvieran contribuciones opuestas dentro de los dos conceptos. Al contrastar los efectos del litio-8 y del boro-8, los investigadores pueden distinguir entre estos elementos y comprender mejor la descomposición.
Utilizando un instrumento llamado trampa de bolas de desintegración beta, los investigadores detectaron núcleos de litio-8 y boro-8. Este instrumento puede contener iones en el vacío. Al examinar cuidadosamente las energías y orientaciones de las dos partículas alfa y la partícula beta emitida, los investigadores reconstruyeron todas las propiedades de desintegración, incluida la contribución del neutrino, que no pueden observarse directamente.
Con este estudio, los investigadores querían encontrar discrepancias entre la distribución de los ángulos de emisión de neutrinos y partículas beta tal como lo predice el Modelo Estándar (SM). Variaciones inferiores al 1% pueden revelar nuevas características de la fuerza nuclear débil. Una precisión tan alta sólo se puede lograr mediante un conocimiento profundo del sistema de detección y la instrumentación. Los científicos también desarrollaron un nuevo marco teórico llamado «teoría del modelo de capa sin núcleo adaptado a la simetría» para manejar los diversos efectos diminutos causados por el complejo entorno nuclear.
Los hallazgos del estudio produjeron mediciones más precisas y verificaron con mayor confianza las predicciones del modelo estándar.
Nota del diario:
- ANUNCIO Galán et al. Correlaciones angulares en la desintegración β de 8B: primeros límites de corriente tensorial de un par de núcleo de vidrio. Rev. Física. Teniente. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.192502
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