Nueva medida del desdoblamiento hiperfino del positronio conforme con el modelo estándar

Dibujo20131028 summary DeltaHFS measurements from past experiments and new result - arxiv org

Hay muchas pequeñas discrepancias entre el modelo estándar de la física de partículas y las medidas experimentales. La mayoría deben ser debidas a errores sistemáticos en dichas medidas. El desdoblamiento hiperfino del positronio discrepa a 3,9 sigmas de las predicciones del modelo estándar. Una nueva medida obtenida por un dispositivo experimental diseñado para reducir los errores sistemáticos al máximo posible obtiene un valor a sólo 1,2 sigmas de la predicción teórica y a 2,7 sigmas de medidas anteriores. El nuevo resultado confirma que el modelo estándar sigue siendo una teoría muy robusta que resiste todos los avatares de los experimentos. La nueva física puede ocultarse en cualquier resquicio, por ello este tipo de resultados son muy importantes. El artículo técnico es A. Ishida et al., “New Precision Measurement of Hyperfine Splitting of Positronium,” arXiv:1310.6923 [hep-ex], 25 Oct 2013.

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Por qué el positronio colisiona con un átomo como un electrón aislado, como si el positrón no existiera

Buena pregunta. Por ahora, nadie conoce la respuesta. Si eres físico teórico, ¿te atreves? El positronio (Ps) es un “átomo” formado por un electrón y un positrón (su antipartícula), y es el “átomo” neutro más ligero conocido (el positrón tiene una masa 1836 más pequeña que el protón). ¿Cómo colisiona un positronio contra un átomo convencional? Sorprenderá a muchos, pero lo hace como un electrón, como si el positrón no existiera. Al menos para impactos con una energía menor o igual que 250 eV (electrónvoltio). ¿Por qué el positrón está “apantallado” dentro del positronio? Nadie lo sabe. Los físicos teóricos tendrán que empezar a pensar en este tema. Se esperan sugerencias (quizás caiga un paper en Science, que no es moco de pavo). Nos lo cuenta H. R. J. Walters, “Physics: Antimatter Atomic Physics,” Perspectives, Science 330: 762-763, 5 November 2010, quien se hace eco del artículo técnico de S. J. Brawley, S. Armitage, J. Beale, D. E. Leslie, A. I. Williams, G. Laricchia, “Electron-Like Scattering of Positronium,” Science 330: 789, 5 November 2010.

Por cierto, el asunto no es fácil. El tratamiento teórico riguroso de la interacción (dispersión o scattering) entre el positronio y un átomo no es fácil. Puede sorprender, pero el estudio riguroso de la interacción entre un positrón y un átomo no se logró hasta 1997. Digo que puede sorprender porque la tomografía por emisión de positrones (PET) se concibió en los 1950 y el primer escáner se fabricó en 1975, siendo en la actualidad una tecnología muy utilizada en radiología (imagen en medicina). En los escáner PET alrededor del 80% de la radiación recogida proviene de desintegraciones de positronios. La teoría (en problemas multicuerpo) va muchas veces por detrás el experimento.

Todo el mundo pensaba que el positronio tenía que colisionar con un átomo de forma diferente a como lo hace un electrón. Sin embargo, el nuevo trabajo experimental, en el que se han colisionado positronios contra gran número de átomos y moléculas (He, Ne, Ar, Kr, Xe, H2, N2, O2, H2O, y SF6), muestra que la colisión es muy similar a la de un electrón. ¿Por qué? ¿Por qué el positrón es como si no estuviera?