Sobre la estabilidad de nuestro universo

Por Francisco R. Villatoro, el 25 julio, 2015. Categoría(s): Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 5

Dibujo20150724 stability electroweak vacuum cms - tevatron - hep-eps 2015

El modelo estándar de la física de partículas no parece estable (luego nuestro universo tampoco lo será si no hay nueva física más allá del modelo estándar). Por fortuna es metaestable (gracias a ello existimos). La metaestabilidad del modelo estándar depende de la masa del bosón de Higgs (fácil de estimar con precisión) y de la masa del quark top (muy difícil de estimar con precisión). Por ello, determinar el acoplo entre el campo de Higgs y el quark top tiene una importancia capital.

Ahora mismo hay cierta tensión entre la masa del quark top calculada por el Tevatrón (Fermilab) y por el LHC (CERN). También hay cierta tensión entre el valor calculado por CMS y por ATLAS (los dos grandes detectores del LHC). Uno de los grandes objetivos del LHC Run 2 es tratar de reducir estas tensiones y mejorar nuestras estimaciones. Queremos saber si nuestro universo es estable, pero hay que trabajar muy duro para aprenderlo.

Nos lo cuentan Oleg Brandt, “Top and Electroweak Physics Top and Electroweak Physics. Measurements of the top quark mass with the ATLAS detector,” EPS HEP 2015, 24 Jul 2015 [contribution], y Fedor Bezrukov, “The Higgs field and the early universe,” EPS HEP 2015, 25 Jul 2015 [contribution].

Dibujo20150724 top quark mass - atlas - hep-eps 2015

Esta tabla de la charla de Brandt resume los últimos resultados de ATLAS y los compara con CMS y Tevatrón. En estas estimaciones experimentales el punto clave es la predicción teórica (NNLO + NNLL en esta tabla). Parece fácil calcular la predicción teórica para los sucesos de fondo de los eventos tipo quark top, pero no es nada fácil, porque predecir en QCD no es nada fácil.

Dibujo20150726 higgs mass - yukawa coupling top quark - tevatron-lhc - eps hep 2015La determinación experimental del acoplo de Yukawa del quark top (que determina su masa) en función de la masa del bosón de Higgs es tan difícil que provoca importantes fluctuaciones. Esta figura de Bezrukov muestra estos valores en marzo, julio y septiembre de 2014. El cambio en nuestro conocimiento sobre la metaestabilidad del vacío fluctúa con estos valores. Por ello en ciertos momentos leerás noticias que afirman que nuestro universo es claramente metaestable y en otros momentos que todavía hay hueco para que sea estable.

No te alarmes. No es que los físicos queramos engañar al público lego. La física es así, nuestro conocimiento fluctúa conforme avanza el tiempo. A largo plazo se desvelan las respuestas. Pero lo interesante no son las respuestas. Lo apasionante es la aventura. El proceso gracias al cual vamos desvelando las respuestas. Hay muchas cosas del modelo estándar que aún no sabemos y queremos aprenderlas. Por ello el LHC Run 2 es fundamental. Incluso si no descubre nueva física nos permitirá aprender muchas cosas de la física conocida que aún no conocemos. Porque la física conocida oculta muchos misterios.

Dibujo20150724 higgs boson observations - lhc - atlas-cms

Por cierto, esta semana está teniendo lugar la conferencia EPS HEP 2015 en Viena (Austria), desde el 22 al 29 de julio de 2015. Se están presentando gran número de resultados interesantes. Como todavía no hay nuevos datos del LHC Run 2, todos los análisis se centran en resultados del LHC Run 1. Sobre el bosón de Higgs hay pocas novedades. El LHC Run 1 produjo un millón de bosones de Higgs (ATLAS y CMS acumularon una luminosidad integrada de 25 /fb que multiplicado por una sección eficaz de producción de 20 pb resulta en medio millón de Higgs en cada uno), como nos cuenta Li Yuan, on behalf of ATLAS and CMS collaborations, “What we have learned about the Higgs boson from the bosonic decay channels and more inclusive combinations of data,” EPS-HEP 2015 [contribution].

Recuerda, hay quien desea conocer la física del siglo XXII cuando aún ignora la física del siglo XX. Como si deseara no morir sin saber lo que queda por descubrir. Pero olvida que quedan muchas cosas sobre la física de finales del siglo XX que aún ignoramos. Desvelar los misterios de la física conocida está siendo una labor apasionante. Y en este blog uno de mis objetivos es transmitirte dicha pasión.



5 Comentarios

  1. Si puedo dejar una opiniòn personal, no me extrañaría que al final resultara que nuestro universo está justo en el límite, posiblemente el de la metaestabilidad -el suficiente para que dure mucho, mucho tiempo pero no tanto para que pudieran aparecer cerebros de Boltzmann, con los problemas que tienen-.

    Muy interesante este post.

  2. Hola,
    unas puntualizaciones para tu articulo:
    – la tabla que enseñas (de la presentacion de Oleg Brandt) corresponde a las medidas de ATLAS de la masa polo del quark top. ATLAS tambien tiene “medidas directas”, con una precision parecida a la de CMS o los experimentos del Tevatron. Lo interesante de la masa polo es que medimos directamente la masa que tenemos que insertar en los calculos de la “estabilidad del universo”, mientras la masa directa se tiene que convertir en masa polo primero, lo cual añade unos problemas de interpretacion y una incertidumbre dificil de cuantificar.
    – el punto clave de esa tabla es, pues, la conexion rigorosa con calculos sofisticados, que permite extraer una masa con una definicion univoca. Y por primera vez podemos asignar un error teorico (que representa lo que podria cambiar la masa si calculasemos el siguiente orden de la serie perturbativa).
    – Resulta que comparacion con los datos del calculo NLO para tt~ + 1 jet permite extraer la masa con mayor precision que el calculo NNLO+NNLL para tt~.
    – en articulos scientificos no creo que encuentres afirmaciones que nuestro universo es claramente metaestable. Con las incertidumbres actuales simplemente no lo sabemos. Los autores de la figura han dibujado las elipses de incertidumbre exactamente por ese motivo.
    – sabemos desde hace mucho tiempo que el SM no es una descripcion completa del universo (gravedad, materia oscura) con validez hasta la escala de Planck. Seria interesantisimo poder llevar la precision de la masa del top a tal extremo que podamos pillar el SM en una contradiccion (como la prediccion que el universo es inestable), pero efectivamente es lo que esperamos que pase.

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