Es un poco como un coche que se aproxima a un cruce en forma de T. Antes de conectar los intermitentes, es imposible saber si va a girar a la izquierda o a la derecha. Sin embargo, si lo observaras durante un tiempo suficiente, podrías descubrir que más o menos una mitad de los coches gira a la izquierda y la otra a la derecha, así que podrías decir que cada coche que se acerca tiene una probabilidad del 50 % de girar a la derecha.
Los físicos hacen cosas parecidas; llevan la cuenta de cuántas veces se desintegra un cierto tipo de partícula en distintos productos y al resultado lo llaman “fracción de desintegración” (branching ratio). Por ejemplo, si descubrieran que las partículas Z se desintegran en muones el 60 % de las veces, dirían que la fracción (o cociente) de desintegración de las Z en muones es el 60 %, aunque no es ése el resultado que encuentran. Tu tarea es medir fracciones de desintegración de partículas Z.
Lee estas instrucciones antes de continuar; quizá las quieras imprimir para poder consultarlas mientas haces el experimento:
Abre el programa WIRED haciendo clic en el archivo con cien sucesos que te sea
asignado por tu profesor de entre los que hay más abajo.
Usa el botón Zoom y el ratón para ampliar detalles y el Rotate para girar el suceso en la pantalla.
Haciendo uso de lo que acabas de aprender sobre los detectores, decide si el Z se ha desintegrado en electrones, muones, taus o quarks. Lleva la cuenta del número de desintegraciones de cada tipo.
Cuando hayas decidido el tipo de partículas en las que se ha desintegrado el Z de tu suceso, pasa al siguiente suceso haciendo clic en el botón marcado ">".
Cuando hayas estudiado todos los sucesos, o los que te haya indicado tu profesor, calcula los porcentajes de desintegración de la partícula Z en electrones, muones, taus y quarks.
Esas son tus medidas de las fracciones de desintegración de la partícula Z, pero todavía no has acabado.
Escribe tus resultados en la pizarra, al lado de los demás.
¿Son todos iguales? Si no es así, ¿por qué?
Aquí están las muestras de sucesos (son diez archivos de cien
sucesos cada uno. Todos ellos proceden de colisiones a 91 GeV y son desintegraciones
de bosones Z registradas en 1998):
Las respuestas no serán todas iguales por una variedad de motivos. Puede que hayas identificado erróneamente algunos sucesos, por ejemplo. ¡Aquí no vamos a ocuparnos de este tipo de error, sino que asumiremos que la identificación de los distintos modos de desintegración está libre de error al 100 %!
Otra fuente de error de la que nos vamos a ocupar es el llamado “error estadístico”. Su origen está en el pequeño número de sucesos que has considerado (los físicos del CERN tienen potentes programas para analizar los resultados y tratan millones de sucesos). Vuelve a pensar en los coches del cruce. Si acabaras de mirar y hubieras visto un coche girando a la izquierda, podrías concluir que la probabilidad de ese resultado es el 100 %, pero estarías claramente equivocado. Incluso si el siguiente coche también girase hacia la izquierda, aún podrías estarlo, pero tendrías más confianza en tus conclusiones. Si mirases un millón de coches y todos giraran a la izquierda, podrías tener bastante confianza en que siempre iban a hacer lo mismo, pero aún deberías asignar un cierto error a tu resultado, porque aún sería posible que el coche número un millón uno girase a la derecha.
Lo que esto implica es que cuanto mayor sea tu muestra, más confianza puedes tener en los resultados. Por esta razón, los físicos calculan lo que ellos llaman un error estadístico para cada uno de sus resultados.
Calculemos el error estadístico de las fracciones de desintegración. Para nuestros propósitos, basta con que tomemos para el error de una medida la raíz cuadrada de su valor. Así que, por ejemplo, si hemos contado nueve sucesos con muones, el error -que se denota con la letra griega sigma- sería tres y escribiríamos el resultado 9+/-3.
Para calcular el error estadístico de la fracción de desintegración en muones hay que combinar los errores relativos de los números que intervienen en su cálculo. Éste es el modo de hacerlo:
El número obtenido al final de ese proceso es el error relativo de la fracción de desintegración en muones.
Cuando hayas calculado el error de tus resultados, reúne los resultados de todos los grupos, calcula los errores y representa en un gráfico el resultado conjunto junto con los de cada grupo. Fíjate en que los resultados individuales se distribuyen alrededor del combinado de modo que cada uno de ellos es compatible con los demás dentro de los errores calculados.
Cuando hayas terminado, compara tus resultados con los "oficiales"
y busca información sobre las implicaciones de estas medidas.