Evidencia de nueva partícula X17 reportada, pero los científicos desconfían



La búsqueda de materia oscura, y las partículas y fuerzas asociadas que esperamos acompañarla, ha dado lugar a numerosos amaneceres falsos a lo largo de los años. Por mucho que lo intentemos, cualquier evidencia de lo que constituye esta forma invisible de materia, que se cree que es la gran mayoría de la materia en el universo conocido, ha permanecido esquiva. Pero un equipo de investigadores húngaros sugirió en 2015 que habían encontrado una partícula, llamada X17, que posiblemente interactuaba con la materia oscura de alguna manera. Recientemente, en un segundo experimento, el equipo dice que tiene nuevas pruebas para la partícula X17, lo que cambiaría la física tal como la conocemos. Pero no todos están convencidos, y nuevos planes experimentales están en marcha para descubrir la verdad.

En un artículo publicado en el, que aún no ha sido revisado por pares, Attila Krasznahorkay del Instituto de Investigación Nuclear (también conocido como Atomki) en la Academia Húngara de Ciencias y sus colegas informan los nuevos hallazgos. En 2015, el equipo observó la descomposición de los núcleos de berilio-8 y descubrió que los pares de electrones y positrones (contrapartes de antimateria de los electrones) expulsados ​​en el proceso eran consistentes con la descomposición adicional de una misteriosa partícula extra, la partícula X17, con una masa de aproximadamente 17 millones de electronvoltios (MeV). Ahora los investigadores dicen que han visto evidencia de esta partícula nuevamente, pero esta vez en la descomposición de los núcleos de helio-4. "Estudiamos la descomposición de los estados nucleares de alta energía, primero en el berilio-8 y luego, más recientemente, en el helio-4", dice Krasznahorkay. “Obtuvimos una pequeña diferencia entre la predicción y los datos experimentales, una anomalía. Para comprender esta anomalía, asumimos una nueva partícula, que se crea en el núcleo atómico y se expulsa, luego se descompone en pares electrón-positrón ".

La configuración experimental en Atomki implica bombardear un objetivo con protones para examinar su desintegración nuclear. Esta técnica es algo diferente de los métodos habituales de detección de partículas, como en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN cerca de Ginebra, que rompe las partículas juntas a altas energías y observa las partículas resultantes emitidas en la colisión. Sin embargo, el proceso Atomki proporciona un método único para buscar partículas inesperadas. La escala de 17 MeV es "difícil de probar con el Gran Colisionador de Hadrones, que tiende a funcionar a una energía mucho más alta", dice Jesse Thaler, del Centro de Física Teórica del Instituto Tecnológico de Massachusetts, que no participó en el experimento.

Desde que el equipo húngaro publicó su primer artículo en 2015, otros científicos han intentado y no han podido encontrar evidencia de la partícula X17. Sin embargo, un exterior sugirió que si esta partícula realmente existe, podría ser evidencia de una supuesta "quinta fuerza" de la naturaleza, específicamente relacionada con la materia oscura. "Esta quinta fuerza realmente significa que hay una nueva partícula que intermedia nuevas interacciones o nuevas fuerzas", dice Daniele Alves, físico de partículas en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, que no participó en el trabajo del equipo húngaro. "Es posible que esta partícula sea parte de un" sector oscuro "más grande, lo que significa que también podría interactuar con partículas de materia oscura. Podría ser un portal a este sector ".

Matt Strassler, físico teórico de la Universidad de Harvard, que tampoco participó en los estudios del equipo húngaro, señala que esta partícula sería "una ventana a algún aspecto del universo que desconocemos por completo", con enormes implicaciones. "No solo sería obviamente ganador del Premio Nobel porque sería una nueva partícula (fundamental), sino que esta partícula particular no cabe en la tabla de partículas existente", dice. “El modelo estándar, todas las partículas elementales existentes, forman una especie de libro cerrado. (Pero) X17 interactúa con la materia mucho más débilmente. Y eso es una indicación de que no es parte de la estructura del Modelo Estándar. Sus interacciones con la materia son a través de otra historia que aún no conocemos ".

Sin embargo, la existencia de esta partícula es cualquier cosa menos una certeza. El hecho de que solo el equipo húngaro haya podido detectarlo hasta el momento ha despertado la alarma de algunos científicos, lo que sugiere que los datos podrían explicarse por una falla en su configuración experimental. Y Strassler señala que las supuestas propiedades de la partícula requieren que tenga algunas características extrañas. "Establecer ecuaciones matemáticas donde tienes una partícula que interactúa con neutrones y electrones más que con protones y neutrinos resulta que no es tan fácil de hacer", dice. "Esto solo hace que la historia sea algo inverosímil".

Sin embargo, esa evaluación no significa que otros científicos no estén tratando de buscar X17. La colaboración NA64 en el CERN ha intentado previamente y no ha podido encontrar signos de la partícula. Pero cuando las actualizaciones al LHC se completen en el próximo año, los científicos planean usar el experimento (LHCb), que estudia otra partícula conocida como el quark de belleza, para ver si aparece el misterioso X17. "El experimento LHCb, basado en nuestro estudio, debería haber podido recopilar suficientes datos (para 2023) para hacer una declaración definitiva sobre la X17 (partícula)", dice Thaler.

Alves y sus colegas también están explorando la posibilidad de usar Los Alamos para buscar la partícula. "Estamos investigando si algunos de los estudios que realiza Los Alamos para otros fines también podrían reutilizarse para buscar signos de esta nueva partícula", dice Alves, quien señala que su método de búsqueda sería algo diferente al del equipo húngaro. "Los húngaros observaron dos transiciones nucleares, una en berilio-8 y otra en helio-4", dice ella. “Examinaremos la producción de partículas en las reacciones de captura de neutrones, cuando un neutrón es capturado por otro núcleo, y en el proceso, podría emitir cosas. Lo más común que puede emitir es un fotón, pero también podría emitir esta nueva partícula X17 ".

Aunque el escepticismo sigue siendo alto, todavía existe un considerable entusiasmo ante la posibilidad de la partícula X17. Pueden pasar años hasta que sepamos con certeza si realmente existe, pero si es así, anunciaría una rama completamente nueva de la física y una oportunidad de mirar hacia lo desconocido. "Por supuesto, estoy seguro (de que existe)", dice Krasznahorkay. "Pero tengo fuertes críticas".