Según un informe publicado en el sitio web oficial de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) el día 25, en un estudio más reciente, el equipo de colaboración ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) utilizó el bosón Z, un portador eléctricamente neutro de la fuerza débil, para determinar la fuerza de la fuerza fuerte con una precisión récord (incertidumbre inferior al 1%). Se han enviado artículos relevantes a la revista Nature Physics.
El modelo estándar de física de partículas establece que existen cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza: la fuerza fuerte, la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la gravedad, de las cuales la fuerza fuerte que une los quarks en protones, neutrones y núcleos atómicos es la más fuerte. La fuerza fuerte es transportada por los gluones y su fuerza se llama constante de acoplamiento fuerte. Aunque la comprensión de los científicos sobre la constante de acoplamiento fuerte ha mejorado a lo largo de muchos años de mediciones y desarrollo teórico, la incertidumbre en su valor sigue siendo varios órdenes de magnitud mayor que la de sus otros "compañeros".
Stefano Camarda, físico del CERN y miembro del equipo de análisis, señaló que la intensidad de la fuerza fuerte es un parámetro clave del modelo estándar, pero su precisión actualmente es sólo de un pequeño porcentaje, mientras que la fuerza electromagnética, que es 15 veces más débil que la fuerza fuerte, tiene una precisión de una parte por mil millones.
Para mejorar la precisión de la medición de la fuerza fuerte, el equipo de colaboración ATLAS estudió el bosón Z producido por la colisión protón-protón en el LHC con una energía de colisión de 8 teraelectronvoltios (TeV). Un bosón Z normalmente se produce cuando dos quarks en protones en colisión se aniquilan. En este proceso, la fuerza fuerte actúa a través de los gluones irradiados por el quark aniquilador. Esta radiación le da al bosón Z un momento transversal, cuya magnitud depende de la fuerte constante de acoplamiento. Midiendo con precisión la distribución del momento transversal del bosón Z y comparándola con valores teóricos, se puede determinar la constante de acoplamiento fuerte.
En el último análisis, el equipo de investigación determinó con precisión que la constante de acoplamiento fuerte en la escala de masa del bosón Z era 0,1183 ± 0,0009. La incertidumbre relativa de este resultado es sólo del 0,8%, que es la medida más precisa de la fuerza fuerte en un solo experimento hasta la fecha.
El equipo de investigación señaló que unas mediciones más precisas de las constantes de acoplamiento fuerte son de gran importancia: en primer lugar, pueden mejorar la precisión de los cálculos teóricos de los procesos de partículas relacionados con la fuerza fuerte; en segundo lugar, puede ayudar a resolver algunos misterios importantes sin resolver. Por ejemplo, a energías extremadamente altas, si todas las fuerzas fundamentales tienen la misma fuerza e inferir si tienen una fuente potencial común y si existen interacciones desconocidas que pueden cambiar la fuerza fuerte en ciertos procesos o en energías específicas, etc.