{"id":262,"date":"2016-05-18T11:44:31","date_gmt":"2016-05-18T10:44:31","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/fisicateorica\/?p=262"},"modified":"2016-05-18T15:59:19","modified_gmt":"2016-05-18T14:59:19","slug":"tras-los-pasos-de-un-sospechoso-se-ha-encontrado-una-nueva-particula-en-el-lhc","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/fisicateorica\/2016\/05\/18\/262\/","title":{"rendered":"Tras los pasos de un sospechoso. \u00bfSe ha encontrado una nueva part\u00edcula en el LHC?"},"content":{"rendered":"

Por V\u00edctor Mart\u00edn Lozano<\/a>\u00a0 (Investigador Predoctoral en el IFT UAM-CSIC)<\/p>\n

La luz est\u00e1 compuesta de fotones. Gracias a ellos podemos ver diferentes objetos a nuestro alrededor. De igual manera los detectores de los aceleradores pueden ver part\u00edculas gracias a dichos fotones. En este caso en lugar de ser los ojos los que ven son los calor\u00edmetros situados en los detectores los que hacen esa funci\u00f3n. Estos son capaces de medir con precisi\u00f3n la energ\u00eda y la direcci\u00f3n de las part\u00edculas resultantes de la colisi\u00f3n. Gracias a ello los f\u00edsicos experimentales son capaces de distinguir todas aquellas part\u00edculas que se desintegran en fotones.<\/p>\n

Cuando en 2012 se anunci\u00f3 el descubrimiento del bos\u00f3n de Higgs uno de los canales o modos de desintegraci\u00f3n donde mejor se ve\u00eda a esta part\u00edcula fue la desintegraci\u00f3n emitiendo dos fotones. Esto es debido a que dentro del modelo est\u00e1ndar de las interacciones fundamentales conocemos muy bien las fuentes que pueden dar como resultado final un par fotones. Esto hace que cualquier part\u00edcula que no pertenezca a las ya conocidas y que se desintegre de esta manera podr\u00eda ser identificada con facilidad por los f\u00edsicos experimentales.<\/p>\n

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Gr\u00e1fico con los datos del experimento ATLAS. Los puntos negros representan los datos experimentales, mientras que la l\u00ednea roja es la predicci\u00f3n del modelo est\u00e1ndar. Se puede observar que alrededor de 750 GeV hay un peque\u00f1o exceso comparado con lo predicho por la teor\u00eda.<\/figcaption><\/figure>\n

El LHC despu\u00e9s de haber funcionado a una energ\u00eda de 8 Teraelectronvoltios (TeV), una unidad de energ\u00eda que utilizamos en f\u00edsica de part\u00edculas (para dar una idea de su magnitud, 1 TeV equivale aproximadamente a la energ\u00eda acumulada en la masa en reposo de 1000 protones), y tras haber descubierto el bos\u00f3n de Higgs, reanud\u00f3 las colisiones de protones a una energ\u00eda superior, a 13 TeV. Con esta nueva configuraci\u00f3n se espera poder explorar energ\u00edas m\u00e1s altas y de haber nuevas part\u00edculas m\u00e1s pesadas descubrirlas. En Diciembre de 2015, a pesar de haber recogido pocos datos a esta nueva energ\u00eda, los dos experimentos principales del LHC, ATLAS y CMS, presentaron resultados de aquellas colisiones. Todas las b\u00fasquedas hechas llegaban a la misma conclusi\u00f3n, el LHC estaba funcionando muy bien pero habr\u00eda que esperar a tener m\u00e1s colisiones para poder saber si hab\u00eda algo novedoso puesto que todo parec\u00eda concordar con lo que ten\u00edamos anteriormente. Sin embargo, ambos experimentos recibieron especial atenci\u00f3n cuando presentaron los resultados con b\u00fasqueda a dos fotones como estado final. \u00bfLa raz\u00f3n? Parec\u00eda que ambas colaboraciones experimentales observaban que a una energ\u00eda de unos 750 GeV (o 0,75 TeV) se med\u00eda un exceso de eventos respecto de la predicci\u00f3n del modelo est\u00e1ndar. Este exceso de eventos se explicar\u00eda postulando la existencia de una part\u00edcula de dicha masa que se desintegra en dos fotones. Sin embargo esto abr\u00eda nuevos interrogantes, \u00bfrealmente se ha descubierto una part\u00edcula?, \u00bfesta part\u00edcula no se ve en otros canales de desintegraci\u00f3n?, \u00bfno se deber\u00eda haber visto esta part\u00edcula cuando el LHC funcionaba a menor energ\u00eda?, si existe tal part\u00edcula \u00bfd\u00f3nde encaja esta part\u00edcula dentro de la f\u00edsica te\u00f3rica?<\/p>\n

Para responder a la primera pregunta hay que echar mano de la estad\u00edstica. En f\u00edsica de part\u00edculas se dice que hay un descubrimiento cuando se dan unas condiciones estad\u00edsticas adecuadas. La principal condici\u00f3n es estar seguro con una probabilidad del 99,99994% (esto significa equivocarnos en una sobre 3.500.000) de que lo que hemos visto es algo nuevo y no una fluctuaci\u00f3n estad\u00edstica de los datos. El exceso encontrado en Diciembre solo aseguraba que fuese una part\u00edcula al 99,73%, as\u00ed que estrictamente no se puede decir que se haya encontrado una part\u00edcula, sino que tenemos indicios de ello. Para poder llegar a un nivel de confianza mayor hay que esperar a los datos venideros para acumular m\u00e1s estad\u00edstica.<\/p>\n

Uno puede tambi\u00e9n intentar buscar otros canales de desintegraci\u00f3n para tener m\u00e1s pistas sobre ella pero, \u00bfc\u00f3mo podemos inferir nuevos canales de desintegraci\u00f3n si no conocemos nada acerca de esta nueva part\u00edcula? La respuesta est\u00e1 en el canal en el que hemos visto el indicio, los dos fotones. A muy alta energ\u00eda los fotones y los bosones Z de las interacciones d\u00e9biles se comportan de manera muy parecida y son casi indistiguibles, por ello a baja energ\u00eda cualquier part\u00edcula que se desintegre en dos fotones deber\u00e1 desintegrarse tambi\u00e9n en dos bosones Z y en el canal con un bos\u00f3n Z y un fot\u00f3n. As\u00ed pues, lo m\u00e1s indicado en el futuro ser\u00e1 mirar tambi\u00e9n en estos nuevos canales para poder as\u00ed descartar o descubrir esta posible part\u00edcula. Aparte de estos, podr\u00edan existir diferentes canales de desintegraci\u00f3n en los que encontrar la part\u00edcula.<\/p>\n

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Posible diagrama de la producci\u00f3n y posterior desintegraci\u00f3n de la posible part\u00edcula. La producci\u00f3n ser\u00eda a trav\u00e9s de gluones y la desintegraci\u00f3n a dos fotones.<\/figcaption><\/figure>\n

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Sabiendo los diferentes canales de desintegraci\u00f3n posibles uno puede ir a los datos del LHC cuando ten\u00eda una energ\u00eda de 8 TeV y mirar si hab\u00eda alg\u00fan exceso para una masa de 750 GeV. Lo que han encontrado los f\u00edsicos es que no hay tal exceso con una seguridad importante estad\u00edsticamente hablando, sin embargo lo que s\u00ed han observado es que los datos encontrados para una energ\u00eda de 8 TeV son compatibles con los de energ\u00edas de 13 TeV siempre que se suponga que la posible part\u00edcula haya sido producida por gluones. Los gluones son algo as\u00ed como los fotones de la fuerza fuerte, los encargados de que los quarks est\u00e9n dentro de un prot\u00f3n sin que se rompa. Otros modos de producci\u00f3n, como a trav\u00e9s de quarks o de fotones son tambi\u00e9n posibles, sin embargo est\u00e1n menos favorecidos por los datos.<\/p>\n

Una vez que se unen todos los ingredientes de la posible part\u00edcula: c\u00f3mo se puede crear en el LHC, cu\u00e1les son sus canales de desintegraci\u00f3n, cu\u00e1l es su masa, etc, los f\u00edsicos te\u00f3ricos pueden especular sobre qu\u00e9 modelos te\u00f3ricos podr\u00edan explicar dicha resonancia. Desde el anuncio del exceso en Diciembre se han escrito 379\u00b9 art\u00edculos cient\u00edficos (a fecha de 06\/05\/2016) por lo que parece que existen muchas explicaciones para esta part\u00edcula. Los modelos utilizados para explicar esta part\u00edculas son diversos y diferentes entre s\u00ed, los m\u00e1s utilizados son aquellos de teor\u00edas efectivas, aunque tambi\u00e9n los hay que provienen de nuevas simetr\u00edas, teor\u00eda de cuerdas, supersimetr\u00eda e incluso algunos se atreven a conectar dicha part\u00edcula con el sector de materia oscura.<\/p>\n

Todav\u00eda es pronto para poder anunciar el descubrimiento de una nueva part\u00edcula, sin embargo se pueden ir sacando propiedades de dicha resonancia en el caso de que est\u00e9 ah\u00ed. Para poder estar seguros tendremos que esperar a la toma de m\u00e1s datos y a su posterior anuncio en las conferencias de verano. Si de verdad existe tal part\u00edcula podremos conocer m\u00e1s acerca de ella debido a que se habr\u00e1n explorado otros canales de desintegraci\u00f3n que nos har\u00e1n situar mejor su contexto. Si, por el contrario, no existe tal resonancia y se trata de una fluctuaci\u00f3n estad\u00edstica, la ilusi\u00f3n por encontrar nueva f\u00edsica habr\u00e1 sido temporal y no podremos sino sentirnos como Segismundo de Calder\u00f3n en \u00abLa vida es sue\u00f1o\u00bb.<\/p>\n

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\n\u00b9 Cantidad estimada por @DrAndreDavid a fecha de 06\/05\/2016.<\/p>\n

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