Desconcierto en el CERN: posible partícula detectada ni siquiera aparece en el modelo estándar de la física

PxHere

Cuando el bosón de Higgs fue descubierto por primera vez en 2012, un descubrimiento que se llevó el Premio Nobel de Física en 2013, hubo una gran cantidad de emoción. La partícula completó el llamado modelo estándar, nuestra mejor teoría actual para comprender la naturaleza al nivel de partículas.

Ahora, los científicos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN creen que pueden haber visto otra partícula (detectada como un pico en los datos), aunque el hallazgo aún no ha sido confirmado. Nuevamente existe mucho entusiasmo entre los físicos de partículas, pero esta vez se mezcla con una sensación de ansiedad. A diferencia de la partícula de Higgs, que confirmó nuestra comprensión de la realidad física, esta nueva partícula parece amenazarla.

El nuevo resultado, que consiste en un misterioso pico en los datos a 28 GeV, ha sido publicado en el sitio de preimpresión ArXiv. Todavía no está en una revista revisada por pares, pero eso no es un gran problema. Las colaboraciones de LHC tienen procedimientos internos de revisión muy estrictos, y podemos estar seguros de que los autores han hecho los cálculos correctamente cuando informan sobre una "importante desviación en el estándar de 4.2". Eso significa que la probabilidad de obtener un pico tan grande por casualidad, creado por el ruido aleatorio en los datos en lugar de una partícula real, es solo de 0.0013%. Eso es diminuto - 13 en un millón. Así que parece que debe ser un evento real en vez de un ruido aleatorio, aun así, nadie está brindando todavía.


Modelo estandar de la física
Wikimedia Commons
 

Lo que dicen los datos

Muchos experimentos de LHC, que hacen chocar haces de protones, encuentran evidencia de partículas nuevas y exóticas al buscar una acumulación inusual de partículas conocidas, como fotones o electrones. Esto se debe a que las partículas pesadas e "invisibles" como el Higgs a menudo son inestables y tienden a descomponerse en partículas más ligeras que son más fáciles de detectar. Por lo tanto, podemos buscar estas partículas en los datos experimentales para determinar si son el resultado de una descomposición de partículas más pesada. El LHC ha encontrado muchas partículas nuevas mediante dichas técnicas, y todas se han adaptado al modelo estándar.

El nuevo hallazgo proviene de un experimento que involucró al detector CMS, el cual registró una cantidad de pares de muones, partículas bastante conocidas y fácilmente identificables que son similares a los electrones, pero más pesadas. El detector analizó sus energías y direcciones y preguntó: si este par provenía de la descomposición de una sola partícula principal, ¿cuál sería la masa de esa partícula?

En la mayoría de los casos, los pares de muones provienen de diferentes fuentes, que se originan a partir de dos eventos diferentes en vez de la descomposición de una sola partícula. Por lo tanto, si uno intenta calcular la masa principal en tales casos, esta se extendería sobre un amplio rango de energías en vez de crear un pico estrecho específicamente a 28GeV (o alguna otra energía) en los datos. Pero en este caso, ciertamente parece que hay un pico. Quizás.


Misterioso pico en la data del CERN
CMS
 

¿Es este un pico real o es solo una fluctuación estadística debido a la dispersión aleatoria de los puntos sobre el fondo? Si es real, eso significa que algunos de estos pares de muones realmente provienen de una gran partícula principal que se descompuso al emitir muones, y nunca antes se había visto una partícula de 28 GeV.

Así que todo parece más bien intrigante, pero la historia nos ha enseñado a ser cautelosos. Estos efectos tan significativos ya han aparecido en el pasado, solo para desvanecerse cuando se toman más datos. La anomalía de Digamma (750) es un ejemplo reciente de una larga sucesión de falsas alarmas: "descubrimientos" espurios debido a fallos en los equipos, análisis demasiado entusiastas o simplemente mala suerte.

Esto se debe, en parte, a algo que se llama el efecto "look-elsewhere": aunque la probabilidad de que el ruido aleatorio produzca un pico si se observa específicamente un valor de 28 GeV puede ser 13 en un millón, dicho ruido podría generar un pico en otra parte, tal vez a 29GeV o 16GeV. Las probabilidades de que estos se deban al azar también son pequeñas cuando se consideran respectivamente, pero la suma de estas pequeñas probabilidades no es tan pequeña. Eso significa que no es imposible que un pico se cree por ruido aleatorio.

Y hay algunos aspectos desconcertantes. Por ejemplo, la protuberancia apareció en un experimento del LHC pero no en otro, cuando se duplicó la energía. Uno esperaría que cualquier fenómeno nuevo se agrave cuando la energía sea mayor. Puede ser que haya razones para esto, pero en este momento es un hecho incómodo.

¿Nueva realidad física?

La teoría es aún más incongruente. Al igual que los físicos de partículas experimentales pasan su tiempo buscando nuevas partículas, los teóricos pasan el tiempo pensando en nuevas partículas que tendría sentido buscar: partículas que rellenarían las piezas faltantes del modelo estándar, o explicarían la materia oscura, o ambos. Pero nadie ha sugerido algo como esto.

Por ejemplo, los teóricos sugieren que podríamos encontrar una versión más ligera de la partícula de Higgs. Pero cualquier cosa de ese tipo no se descompondría en muones. También se ha hablado de un bosón Z ligero o de un fotón pesado, pero interactuarían con electrones. Eso significa que probablemente deberíamos haberlos descubierto ya que los electrones son fáciles de detectar. La potencial nueva partícula no coincide con las propiedades de ninguna de las propuestas.

Si esta partícula realmente existe, entonces no está solo fuera del modelo estándar, sino fuera de él de una manera que nadie anticipó. Así como la gravedad newtoniana dio paso a la relatividad general de Einstein, el modelo estándar será reemplazado. Pero el reemplazo no será ninguno de los candidatos favorecidos que ya se ha propuesto para extender el modelo estándar: incluida la supersimetría, las dimensiones adicionales y las teorías de gran unificación. Todos proponen nuevas partículas, pero ninguna con propiedades como la que podríamos haber visto. Tendrá que ser algo tan extraño que nadie lo haya sugerido todavía.

Afortunadamente, el otro gran experimento de LHC, ATLAS, tiene datos similares de sus experimentos. El equipo todavía lo está analizando, e informará a su debido tiempo. La experiencia cínica dice que informarán una señal nula, y este resultado se unirá a la galería de fluctuaciones estadísticas. Pero tal vez, solo tal vez, vean algo. Y luego, la vida de los físicos experimentales y teóricos se pondrá súbitamente muy interesante.

 

Roger Barlow, Research Professor and Director of the International Institute for Accelerator Applications, University of Huddersfield

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Puede encontrar el artículo original en el siguiente enlace.

Novedades

Suscríbete

Déjanos tu mail para recibir nuestro boletín de noticias

La confirmación ha sido enviada a tu correo.