Aquí hay uno realmente famoso: el descubrimiento del Omega-minus. Cuando se introdujo por primera vez la teoría del quark, predijo una partícula que aún no se había visto en ningún experimento de aceleración, el Omega-minus. Está hecho de tres quarks extraños (sss), y se descompone solo por la fuerza débil, por lo que tiene una vida bastante larga, según los estándares extremadamente cortos de la física de partículas. Esta predicción de la teoría del quark era específica para los productos esperados de masa y descomposición que deberían verse.
Entonces, cuando se descubrió la partícula en una foto de cámara de burbujas en Brookhaven en 1964, fue una confirmación bastante sólida para la teoría del quark . Abajo, a la izquierda, está la foto desalentadoramente desordenada de la creación y la descomposición del Omega-menos, con muchas colisiones y descomposiciones extrañas y no relacionadas que complican las cosas. A la derecha, las partes relevantes de la imagen se interpretan en un diagrama:
- ¿Se han utilizado fibras ópticas para almacenar fotones, creando un anillo de fibra y agregando fotones en ángulos muy amplios?
- ¿Se puede detectar alguna gravedad en las partículas aceleradas debido a su energía total?
- Si estamos en una simulación, ¡cuántos procesadores actuales se necesitarían para rastrear cada protón, movimiento, vida! y colisión Galaxy para hacerlo factible?
- ¿Cómo interactúan los neutrinos con la fuerza débil?
- ¿Por qué tomamos la masa en reposo del fotón como cero?
Lea el diagrama de abajo hacia arriba. Entra un mesón K. Es una de varias partículas creadas en una colisión en algún lugar fuera del campo de visión de esta foto. El mesón K interactúa con un protón (átomo de hidrógeno) en la cámara de burbujas, produciendo un mesón K-cero, un mesón K + y el Omega que pronto será mundialmente famoso.
Tenga en cuenta que el K-cero se dibuja como una línea de puntos. Esto se debe a que el K-cero no está cargado y, por lo tanto, no ioniza los átomos de hidrógeno en la cámara de burbujas. Por lo tanto, no deja un rastro de burbujas y no aparece en la foto . Su existencia se infiere del contexto de todo lo que realmente se ve.
El Omega no dura mucho, produciendo solo una pista corta. Se descompone en un barión Xi-cero y un mesón pi negativo, que sale de la etapa derecha. El barión Xi-cero está hecho de un quark up y dos quarks extraños (uss). El Xi-cero no está cargado y, por lo tanto, también es una partícula de línea punteada.
El Xi-cero dura un poco más que el Omega-, pero pronto se descompone en dos fotones de rayos gamma de alta energía (gamma 1 y gamma 2 en el diagrama) más la partícula Lambda-cero. Los tres son eléctricamente neutros, por lo que tres líneas punteadas.
Los dos fotones de rayos gamma se desintegran en pares electrón-positrón. Eso produce la forma de V que se ve muy a menudo en las fotos de la cámara de burbujas, como las curvas de electrones con carga negativa a la derecha y las curvas de positrones con carga positiva a la izquierda. Esta curva se produce porque hay un campo magnético muy fuerte en la cámara de burbujas. Esto es bastante importante: no solo ayuda a clasificar las partículas positivas y negativas, sino que el radio de la curva también nos dice mucho sobre lo que está sucediendo. (Tenga en cuenta también las varias espirales en la foto: por lo general, son electrones de otros eventos que pierden energía al emitir continuamente radiación electromagnética a medida que el campo magnético los obliga a seguir una curva. La curva se estrecha en una espiral a medida que los electrones pierden velocidad y energía. )
El último bit de contabilidad es la partícula Lambda-cero mencionada anteriormente. Esa partícula tiene un quark arriba, abajo y extraño (uds). Sí, otra línea de puntos ya que es neutral. Pero su presencia se revela cuando se desintegra en un mesón pi negativo y un protón (uud). Tenga en cuenta la ligera curva a la derecha para el mesón pi, que revela que tiene carga negativa.
La gran lección aquí: nunca detectamos una partícula en un acelerador de partículas. En cambio, detectamos un gran patrón complicado .
Los detalles exigentes de cómo se ve exactamente ese patrón nos dicen si nuestras teorías están funcionando o no.
Cuando comencé mi educación universitaria como físico, fue alrededor de los últimos días de la cámara de burbujas. Pude ver la habitación llena de mujeres sentadas en una habitación oscura durante horas, mirando y midiendo pistas en enormes fotos iluminadas de huellas de cámara de burbujas en grandes mesas de luz. (Esto fue en el laboratorio de ciclotrón en la U. de Maryland).
Los detectores de hoy son electrónicos, por lo que en lugar de que las personas vean fotos, los datos van directamente a una computadora. (O computadoras, en plural.) La computadora destruye números absurdos de eventos aburridos y señala un pequeño porcentaje que podría ser interesante. De hecho, estos detectores electrónicos modernos toman tanta información que ya no sería posible hacer física de partículas con humanos mirando fotos. Como si tuvieras que contratar, supongo, miles o millones de personas para estudiar las mesas de luz todo el día.
