Miden con mayor exactitud la masa de la partícula TAU en el acelerador japonés Belle II

Eduard de la Cruz Burelo, investigador del Departamento de Física del Cinvestav

El acelerador japonés de partículas subatómicas SuperKekB es un instrumento científico de tres kilómetros de circunferencia que se especializa en la producción de bosones B (compuestos por quarks y antiquarks), con el objetivo de estudiar la diferencia entre la materia y antimateria; su primera versión fue inaugurada en 1976; tres décadas después, en 2008, recibió el Premio Nobel de Física por demostrar la violación de la asimetría CP.

La versión actualizada del acelerador y su detector denominado Experimento Belle II, anunció que ha medido, con la mayor precisión a la fecha, la masa del leptón TAU 1777.09 ± 0.14 MeV (equivalente a 3477 veces la masa del electrón, de aproximadamente 0,511 MeV y puede medirse con una precisión de 0.14 eV, con una precisión menor a una unidad por millón), partícula subatómica “familiar” del electrón, con la colaboración del Departamento de Física del Cinvestav que trabajan en dicho experimento desde junio de 2013.

“Fue reto un científico medir con precisión la masa del leptón TAU porque su tiempo de vida es de dos millonésimas de segundo, se desintegra muy rápido, entonces al realizar los análisis se debe estudiar lo que se produce en su desintegración, por lo tanto, al no poder reconstruir o conocer todo, usamos una técnica llamada seudomasa para inferir la medición buscada”, explicó Eduard de la Cruz Burelo, miembro del equipo científico encargado de este trabajo.

La técnica de seudomasa aprovecha llevar a límite cinemático toda la energía que pueda generar la desintegración de un elemento subatómico y se corta, por conservación, a la masa de su partícula madre, en este caso el TAU. Los investigadores observaron que la parte en estudio se degrada produciendo electrones y neutrinos, los cuales se pierden sin ser vistos, pero al medir la energía del electrón, lo más que se alcanza se limita por la masa del TAU, entonces con esa técnica se estima la masa de la partícula en cuestión.

Los desafíos para hacer esta medición fueron tomar la mayor cantidad de datos de la partícula, identificarla entre todas las cosas producidas en las colisiones, estimar su energía, los efectos de las calibraciones de los instrumentos y los aspectos técnicos del acelerador con su detector, ese trabajo es lo que más tiempo requirió, porque los datos se acumulan pero necesitan calibrarse para medir la masa de la partícula a la precisión requerida, con el objetivo de defender el logro a nivel internacional.

Hacer la medición requirió recolectar la cantidad de datos generados en las colisiones equivalentes a 78 millones de fotografías, que se debieron analizar, pero lo más importante fue almacenar toda esa información y una de las aportaciones del Cinvestav al Experimento Belle II es proveer de capacidad de cómputo para estudiar esa cantidad de información. 

“Desde el punto de vista científico, conocer con precisión la masa del segundo ‘hermano’ del electrón ayuda a probar el concepto de universalidad de la física que no distingue entre las ‘familias’ de partículas; es lo mismo o son equivalentes un electrón o un muon, a pesar de su diferencia de masa; en el aspecto práctico, más allá de conocer una elemento fundamental como el electrón, nos interesa ver su masa porque vivimos con él y lo usamos todos los días, como con la electricidad, lo mismo sucede con el TAU”, explicó de la Cruz Burelo.

Grupo científico del Departamento de Física del Cinvestav en el experimento japonés Belle II

También representa una preparación relevante de los investigadores porque los profesores y estudiantes involucrados en ese trabajo aprendieron técnicas de análisis de datos, que luego se aplican en otras áreas para la toma de decisiones. Por ejemplo, algunas personas entrenadas en Belle II han llegado a trabajar en bancos, donde aplican sus conocimientos para identificar una huella o un rostro y otros se emplean en el campo del cómputo de alto rendimiento.

El conocimiento generado en estos experimentos tiene diversas aplicaciones; en Belle II una cosa es trabajar en el detector y otra es la adquisición de datos, es una área donde el personal es muy solicitado porque aprende a programar cómo adquirir información de un aparato con alta calidad y transformarla en una medida, por lo tanto, cualquier empresa que maneje robots, aparatos o herramientas similares, a diario, necesita personal con esa preparación.

La participación de estudiantes mexicanos entrenados en experimentos internacionales, multiculturales y con inversiones millonarias, regresan al país con habilidades de muy alta calidad y únicas que los hace muy competitivos, con capacidad de emplear sus conocimientos en diversas empresas del mundo.

“Pareciera algo simple medir la masa de una partícula como el TAU, pero involucra la generación de conocimiento en diferentes áreas que permite a nuestros egresados aplicarlo en asuntos cotidianos más prácticos, y la colaboración en un experimento como el Belle II, lleva a los jóvenes a alcanzar el límite de su conocimiento y creatividad”, sostuvo Eduard de la Cruz Burelo.