La colisión en el LHC refuerza los quarks como partículas elementales sin estructura interna

El detector CMS, en el Grande Colisor del CERN, analizó las colisiones de protones y no encontró evidencia de estructura interna en los quarks. La investigación utilizó datos de la segunda fase de operación del LHC y probó escalas de hasta 10⁻²⁰ metros. Los resultados refuerzan el modelo actual de física de partículas.

Los quarks forman protones y neutrones, que a su vez forman la materia ordinaria. La teoría las describe como partículas puntuales, sin partes más pequeñas. Los Experimentos anteriores ya han confirmado esta opinión, pero la búsqueda de capas más profundas continúa. El nuevo estudio avanza el límite de observación.

Rutherford método de investigación actual guiado

El experimento sigue el principio utilizado por Ernest Rutherford en 1911. Ele bombardeó láminas de oro con partículas alfa y observó ángulos de dispersión. La mayoría pasó directamente, pero algunos rebotaron. Isso reveló el núcleo atómico concentrado en el centro.

En el LHC, las colisiones de protones descomponen estos protones en quarks. Los quarks salen como chorros de partículas. El CMS mide la distribución de ángulos entre estos chorros. Si los quarks tuvieran estructura interna, la forma de los chorros cambiaría con determinadas energías. Los datos recopilados no muestran esta desviación significativa.

El equipo examinó más de un millón de eventos. Las distribuciones de ángulos coinciden con las predicciones de Modelo Padrão para partículas puntuales. Las diferencias en Pequenas aparecen en rangos de masa elevados, pero caen dentro de incertidumbres estadísticas y sistemáticas.

Análise utiliza 138 fb⁻¹ de datos a 13 TeV

El estudio se basa en colisiones a 13 teraelectronvoltios. El brillo integrado alcanza los 138 fb⁻¹. Los investigadores corrigieron los efectos del detector y los compararon con cálculos QCD perturbativos en orden NNLO, más correcciones NLO electrodébiles.

• Distribuições ángulos angulares normalizados en varios rangos de masa di-jet
• Comparação directo con escenarios de quarks compuestos
• Limites en interacciones de contacto entre quarks
• Restrições a dimensiones extra, agujeros negros cuánticos y mediadores de materia oscura

Los límites más estrictos hasta ahora excluyen los quarks compuestos por encima de determinadas escalas de energía. En el modelo de referencia con quarks zurdos, el límite alcanza los 37 TeV para la interferencia constructiva.

Quarks permanecen como bloques fundamentales

La física ya ha pasado por varias revoluciones. Átomos eran indivisibles hasta el descubrimiento del núcleo. Prótons y los neutrones parecían elementales hasta que se confirmaron los quarks en 1968 en SLAC. Agora, el CMS lleva la prueba a distancias mil veces más pequeñas que el tamaño del protón.

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Mesmo sin signos de subestructura, los científicos no descartan posibilidades a escalas aún más pequeñas. El experimento actual limita estructuras de más de 10⁻²⁰ m. Isso equivale aproximadamente a una cienmilésima parte del diámetro de un protón.

El resultado también limita otros fenómenos más allá de Modelo Padrão. Los gluones anómalos Acoplamentos, las partículas similares a axiones y los mediadores de materia oscura reciben límites más estrictos. El análisis abarca varios modelos teóricos en una sola publicación.

El Futuro del LHC aportará más precisión

La tercera fase de la operación del LHC ya está recopilando nuevos datos. La actualización HiLumi LHC, prevista para 2030, aumentará drásticamente la tasa de colisiones. Con más estadísticas, los investigadores reducirán las incertidumbres al medir el ángulo de dispersión.

Un Medições más preciso podría revelar desviaciones sutiles o confirmar aún más el comportamiento puntual de los quarks. CMS planea continuar la búsqueda de signos de nueva física en la distribución de los aviones.

La materia ordinaria que nos rodea depende de estas partículas. El descubrimiento de Qualquer sobre su composición afectaría la comprensión del universo, incluyendo cuestiones como la materia oscura y la unificación de fuerzas. Por ahora, los quarks mantienen su posición como partículas elementales.

Los científicos enfatizan que la ausencia de evidencia no prueba una ausencia definitiva. Los futuros Experimentos con energías más altas o diferentes técnicas podrían explorar distancias aún más pequeñas. El LHC sigue siendo la principal herramienta para esta frontera.