En física , un anómalo es un tipo hipotético de materia nuclear que muestra una sección eficaz reactiva anómalamente grande . Se observaron por primera vez en ejecuciones experimentales a principios de la década de 1980 como pistas cortas en emulsiones de película o detectores de hojas de plástico conectados a aceleradores de partículas de energía media . La dirección de las pistas demostró que eran el resultado de reacciones que tenían lugar dentro de los objetivos del acelerador, pero se detuvieron tan rápidamente en los detectores que no se pudo ofrecer una explicación obvia para su comportamiento. Siguió una oleada de explicaciones teóricas, pero con el tiempo una serie de experimentos de seguimiento no logró encontrar evidencia sólida de los anómalos, y el estudio activo del tema terminó en gran medida a fines de la década de 1980.
Los primeros aceleradores de partículas generalmente constaban de tres partes: el acelerador, un objetivo metálico y algún tipo de detector. Los detectores diferían según las reacciones que se estudiaran, pero una clase de detectores económicos y útiles consistía en un gran volumen de emulsión fotográfica, a menudo en placas individuales, que capturaban las partículas a medida que se movían a través de la pila. A medida que la comunidad de alta energía pasó a aceleradores más grandes y partículas y reacciones exóticas , se introdujeron nuevos detectores que funcionaban con principios diferentes. La técnica de la película sigue utilizándose hoy en día en ciertos campos; se pueden volar versiones pequeñas en globos, mientras que las versiones más grandes se pueden colocar en minas, ambas con el fin de capturar rayos cósmicos raros pero de energía extremadamente alta .
A finales de los años 1970 y principios de los años 1980, una generación de aceleradores había quedado obsoleta frente a las máquinas más nuevas en términos de su utilidad para la investigación de vanguardia. Estas máquinas más antiguas, que seguían siendo útiles para otras tareas, se utilizaron para una amplia variedad de nuevos estudios. Un área de investigación particularmente activa son las colisiones entre partículas de mayor masa, en lugar de partículas fundamentales como electrones o protones . Aunque la energía total de la reacción es la misma, o menor, de la que sería utilizando partículas elementales más ligeras, el uso de elementos más pesados aumenta el número de productos de las reacciones, lo que revela reacciones de baja frecuencia que de otro modo podrían pasar desapercibidas. Los gases nobles son particularmente útiles para estos experimentos porque son fáciles de manipular, no reactivos y relativamente económicos.
Uno de estos experimentos se estaba llevando a cabo en el Bevalac del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, utilizando argón 40 acelerado a 1,8 GeV y luego estrellándolo contra un objetivo de cobre respaldado por un detector de emulsión nuclear. Fue aquí donde se observaron las anomalías por primera vez. Al estudiar los resultados de estos experimentos, se descubrió una serie de pistas muy cortas, que penetraban solo una corta distancia en la emulsión. La gran mayoría de las partículas continuaron en la emulsión a lo largo de distancias mucho mayores, de acuerdo con las expectativas y los resultados de todos los experimentos anteriores en la máquina. Las pistas no parecían provenir de fuentes externas como los rayos cósmicos . Se llevaron a cabo estudios adicionales con oxígeno 16 y hierro 56, y estos experimentos también mostraron las mismas pistas cortas. [1]
Para que las partículas se detuvieran tan rápidamente dentro de la emulsión, tendrían que tener energías bajas y, por lo tanto, moverse lentamente, ser extremadamente masivas y, por lo tanto, tener alta energía pero aún así moverse lentamente, o estaban reaccionando con la propia emulsión y convirtiéndose en otras partículas. La primera posibilidad, que fueran partículas de baja energía, no parecía probable dada la física del acelerador. La segunda, que tuvieran una gran masa, fue contradicha por otras mediciones que sugerían que las partículas tenían una carga de 14, como el silicio , y por lo tanto es muy probable que tuvieran una masa baja. Esto dejó solo la tercera posibilidad, que estaban reaccionando con la propia emulsión. Esto no era de ninguna manera infrecuente, estas reacciones se usaban como parte integral del proceso de detección, pero era la velocidad a la que estas reacciones tendrían que tener lugar lo que era extraño. Para producir pistas tan cortas, las partículas tendrían que estar reaccionando mucho más rápido de lo que se había visto antes. Las partículas se conocieron como "anómalos" debido a sus velocidades de reacción aparentemente anómalas. Si siguieran las mismas reglas básicas que el resto de la materia e interactuaran con la emulsión debido a la fuerza fuerte , su componente de la fuerza fuerte sería aproximadamente diez veces la fuerza de las reacciones conocidas. [2]
A continuación se realizaron una serie de experimentos para intentar duplicar los resultados. Muchos de ellos utilizaron un sistema de detección alternativo que empleaba láminas delgadas de plástico, pero no se encontró ninguna evidencia de las anomalías. [3] Se sugirió que esto se debía a que la sección eficaz de la reacción, fuera cual fuese, era mucho mayor en los núcleos de mayor masa, lo que era el caso de los detectores de emulsión pero no del plástico. [4] Otros sugirieron que, en realidad, estaban viendo sopas de quarks y gluones por primera vez. En 1984 se celebró un taller sobre el tema en el LBNL.
Sin embargo, a medida que el estudio continuó, el número de resultados negativos siguió creciendo. [4] [5] En 1987, el interés en el tema había disminuido y la mayoría de las investigaciones en el campo terminaron. Sin embargo, algunas investigaciones continuaron y en 1998 Piyare Jain afirmó haberlas demostrado finalmente de manera concluyente, utilizando aceleradores más grandes en el Laboratorio Nacional de Brookhaven y el CERN y combinándolos con un detector delgado que, según él, era clave para el problema de detectar las anomalías. [6] Más recientemente, ha afirmado que las partículas en cuestión son en realidad el esquivo axión , que durante mucho tiempo se pensó que formaba parte del modelo estándar , pero que no se ha visto a pesar de décadas de búsqueda. [7]