Mirar dentro del protón: un nuevo detector busca fuerzas desconocidas ✛

Original: "Electron Scattering at the Intensity Frontier with SoLID"
· Zein-Eddine Meziani
arXiv:2408.16037 · 2024-08-28 · CC BY 4.0 · 1 min
El detector SoLID revelará la estructura interna de los protones y comprobará si existen partículas aún no descubiertas.

En el Laboratorio Jefferson (EE. UU.) se prepara el lanzamiento del espectrómetro SoLID, un instrumento que separa las partículas según sus propiedades. Funciona como un microscopio tridimensional ultrarrápido: capta las huellas de las colisiones de electrones con protones y reconstruye la estructura interna de la materia.

Este «microscopio» tiene tres objetivos. Primero, construir un mapa tridimensional del protón, donde se mueven los quarks — diminutos ladrillos — y los gluones, que los mantienen unidos. Segundo, medir de dónde surge la masa. Los quarks por sí mismos son casi ingrávidos: el 99% de la masa la crea la energía del campo gluónico. SoLID verá por primera vez la distribución de esta energía. Tercero, el instrumento busca partículas que no encajan en el Modelo Estándar, la mejor teoría del microcosmos. El hallazgo, por ejemplo, de fotones oscuros — análogos invisibles de la luz — podría explicar la naturaleza de la materia oscura. Y entonces resultará que la aparente «solidez» de la materia es solo una ilusión generada por la energía de los campos.

Casi el 99% de la masa del protón no proviene de los quarks, sino de la energía del campo gluónico. Sin este «pegamento», los protones serían casi ingrávidos, y nosotros simplemente no existiríamos.

Sin el «pegamento» gluónico, el protón sería casi ingrávido: los tres quarks en su interior pesan menos del 2% de su masa real.

La búsqueda de partículas desconocidas resuena con la idea de la ciencia ficción de capas ocultas de la realidad, como el subespacio de Star Trek o las dimensiones adicionales de Interstellar.

\frac{d^3 \sigma}{dx\, dQ^2\, dz}
La sección eficaz diferencial triple de la dispersión profundamente inelástica semi-inclusiva: cuántos eventos corresponden a intervalos en la fracción de momento del quark x, el cuadrado del momento transferido Q² y la fracción de energía del hadrón z. Es precisamente en estos bins multidimensionales donde SoLID medirá las secciones eficaces para reconstruir la estructura 3D del nucleón.
A_{PV} = \frac{\sigma_R - \sigma_L}{\sigma_R + \sigma_L}
La asimetría de violación de paridad: la diferencia entre las secciones eficaces de dispersión de electrones con polarización derecha e izquierda, dividida por su suma. En el Modelo Estándar, esta asimetría es pequeña pero calculable con precisión; una desviación de la predicción indicaría nueva física.
Científicos
Emmy NoetherBernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip ThorneRainer Weiss
Conceptos
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