La gran belleza de lo excepcional

Dibujo20150906 event 254833 cms experiment 2015 aug 22 cms lhc cern

El detector CMS del LHC ha observado un suceso candidato a par electrón-positrón con una masa invariante récord, casi 3 TeV. El modelo estándar predice este tipo de sucesos con muy baja probabilidad (se estiman 0,002 sucesos con una energía M(ee) > 2,5 TeV en los ~ 100 /pb de colisiones protón contra protón a 13 TeV en el LHC Run 2 que han sido analizadas). Por supuesto, un suceso candidato es solo eso, un único suceso candidato. Si no se observan más y si no se observan también en ATLAS, el otro gran detector del LHC, todo se quedará en nada. Bueno, en nada no, nos quedará un bello suceso para el recuerdo.

Este espectacular suceso fue observado el sábado 22 de agosto. Pero, como es obvio, con un solo suceso no se puede hacer estadística. Más información técnica en CMS Collaboration, “Event Display of a Candidate Electron-Positron Pair with an Invariant Mass of 2.9 TeV,” CMS DP -2015/039, 30 Aug 2015; se han hecho eco muchos blogs, como Tommaso Dorigo, “A 3 TeV Dielectron Event By CMS !,” AQDS, 03 Sep 2015; Luboš Motl, “CMS: a 2.9TeV electron-positron pair resonance,” TRF, 03 Sep 2015; y muchos más.

Dibujo20150906 cms experiment 2015 aug 22 cms lhc cern

Supongamos que este suceso fuera el primero de toda una serie de sucesos que observarán en los próximos meses. ¿Qué puede ser este suceso? Lo más razonable es que su origen fuese una nueva partícula similar al bosón vectorial Z, un bosón Z′. Casi todas las teorías de gran unificación (GUT) predicen la existencia de nuevas simetrías U(1) en el modelo estándar; por ejemplo, la teoría de cuerdas prefiere una GUT E6 que se rompe a baja energía en el producto de grupos gauge SU(3)×SU(2)×U(1)×U(1). El bosón vectorial neutro asociado a dicha simetría U(1) se suele llamar Z′ y ha sido descartado en las colisiones del LHC Run 1 con una masa menor de 1,8 TeV. Por tanto, no se descarta su existencia con una masa de casi 3,0 TeV.

Dibujo20150906 two other views of event 254833 cms experiment 2015 aug 22 cms lhc cern

El análisis cinemático de este suceso indica que tiene una masa invariante de 2,9 TeV. Esta es la masa que tendría una partícula que en reposo se hubiera desintegrado en los dos electrones (no sabemos cuál es el electrón y cuál es el positrón) que se han detectado en los calorímetros electromagnéticos de CMS. La energía de los dos electrones (1,28 y 1,26 TeV) es muy similar lo que sugiere un origen común. Todo en este suceso es muy sugerente, de ahí su belleza.

Ahora mismo CMS ha acumulado unos 200 /pb de datos. Como dice Dorigo, bajo la hipótesis de que no es un suceso espurio, o hemos tenido mucha suerte, o pronto habrá noticias de nuevos sucesos similares. Por supuesto, Motl interpreta este suceso como una primera señal de la validez de la teoría de cuerdas; de hecho, ya ve señales de un bosón W′ a 2,1 TeV, un Z′ a 2,9 TeV y un segundo Higgs a 5,2 TeV (“Signals at 2,3,5TeV as the new W′, Z′, Higgs’ bosons,” TRF, 05 Sep 2015).

En mi opinión, tanto Dorigo como Motl son muy optimistas. En el LHC Run 2 serán habituales este tipo de sucesos “únicos” que cual rara avis no se repetirán. Ya pasaba con el Tevatrón y pasará mucho más con el LHC conforme vaya envejeciendo. Las falsas alarmas son el día a día en física de partículas (y en general en big science). Por supuesto, espero equivocarme.


8 Comentarios

Participa Suscríbete

planck

Francis, tienes que equivocarte, por el bien de la Física, no puedes acertar siempre XD.
Este evento es muy interesante, quizás esta vez, puede haber algo real detrás. Jester y otros ya avisaron que un Z’ de 3 TeV se vería en el primer inverso de fb del runII (http://resonaances.blogspot.com.es/2...esting.html) pero que con tan solo 100/pb ya hayamos visto un evento es muy raro. Que no lo haya visto ATLAS aún no es extraño debido a los poquísimos datos grabados. Por otro lado, las anomalías detectadas por LHCb en las desintegraciones del mesón B también apuntan a un Z´ de alrededor de esa masa…
Esto se pone emocionante, con solo 0,7/fb ya podremos ver gluinos de 1,4 TeV, con 2/fb ya podremos ver stops de 800GeV. Esto confirmaría SUSY, daría un impulso a la teorías de supercuerdas, compañeros del Higgs, nuevas dimensiones… bueno de momento nos contentamos con un Z´ 😀

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Me parece muy oportuno el recordatorio de planck al respecto de que no es sólo una anomalía, parecen haber suficientes para hacer soñar a todos con independencia de nuestros prejuicios teóricos.

Es interesante pecar de optimista y poder preguntarse ¿Qué pasaría si se descubriese una Z prima/Resonancia KK/ gluino/ Higgs invisible/ Higgs compuesto o el suceso de vuestra preferencia?. Históricamente sería muy diferente de la época en que comenzaron a aparecer partículas portadoras de extrañeza no nula o de encanto, esta vez hay un espacio inmenso de especulaciones y es inevitable imaginar las consecuencias de un descubrimiento “fuera del modelo estándar”.

¿Qué sería lo más emocionante que les gustaría que descubriera LHC ?

Francisco R. Villatoro

Ramiro, en mi opinión, lo más emocionante sería un gravitino (que debería ser superligero O(eV), siendo el LSP). No podría ser detectado directamente, ni siquiera vía NLSP, teniéndose que recurrir a la detección vía sleptones NNLSP (por tanto, implicaría el descubrimiento automático de toda una familia de spartículas (como mínimo tres: LSP, NLSP y NNLSP) e implicaría que la escala de rotura de la susy es O(TeV), algo muy emocionante). Pero, por supuesto, es solo un sueño.

planck

Eso supondría 4 descubrimientos brutales de un solo golpe: 1º) Confirmación de la existencia de SUSY 2º) Descubrimiento de toda una nueva familia de partículas BSM 3º) Confirmación de la existencia del gravitón (si existe la Spartícula debe existir la partícula) 4ª) Descubrimiento de candidatos serios a constituir la materia oscura
Ya me imagino a los periodistas de la TV intentando explicar estos nuevos descubrimientos en el telediario XD. Está claro que es poco probable pero, no es imposible…

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

planck ¿Qué le gustaría ver a usted?

Estos días he recordado que Francis alguna vez citó (tal vez a manera filosófica) un comentario sobre que en principio el mundo pudo ser posible bajo una construcción de campos escalares, luego entonces la existencia el electrón es tal vez la primer spartícula. Quiero decir tal vez SUSY “ya esté con nosotros”. Y también citándolo una vez más ¿Por qué no hay partículas de materia fundamentales de espín 3/2? en principio nada lo prohibe y como todos por aquí saben… lo que no está prohibido… 😉

Son comentarios que tal vez no aportan mucho pero a mi estos días me ha motivado mucho.

planck

Ramiro, con detectar alguna partícula SUSY me conformo. Detectar dimensiones ocultas de tamaño grande analizando los restos de la evaporación de microagujeros negros sería ya brutal. Esto nos abriría la puerta a un mundo nuevo quizás incluso podríamos explorar directamente fenómenos relacionados con la gravedad cuántica. La confirmación experimental de que existen dimensiones ocultas en nuestro espacio 3D sería uno de los más grandes descubrimientos de la humanidad.

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Gracias por el comentario planck.

Es verdad: detectar una dimensión extra enorme (¿1 mm?) en LHC es casi una utopía. La verdad ignoro mucho sobre posibles procesos con agujeros negros en LHC, pero sin duda el que mencionas sería el más asombroso, yo sólo sabía de detección de dimensiones extra vía modos de Kaluza-Klein, vamos en el sentido de oscilaciones asociadas al momento que aparece cuando enrollas una cuerda en la dimensión extra compacta.

Lo que realmente quería comentar es lo siguiente:

Creo si pudiésemos “pedir algo” la elección más inteligente sería una partícula supersimétrica ¿Las razones?

1.- En cierto “sentido”: ¡Sería también un descubrimiento de dimensiones extra! (Las fermiónicas)

2.- SUSY sería casi una prueba experimental a la teoría de cuerdas.
(Aunque Francis ya ha hablado en otras entradas sobre la sutileza de esto yo creo que casi todos estaríamos de acuerdo)

3.- Implica en automático la existencia de un nuevo (y muy amplio) sector. Es decir sería sólo el aviso de la plétora de partículas por venir.

4.- Es posible que la partícula supersimétrica más ligera sea también materia oscura (muy difícil pero la posibilidad existe).

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

¡Vaya! es una alegría que usted nos comparta a sus lectores ese sueño. Como es de esperar de alguien que sigue con tanto entusiasmo estas cosas es muy interesante y es un buen punto señalar lo necesarios que son nuevos colisionadores.

Yo les comparto que estoy tomando un curso de supersimetría y aunque aún no sé de fenomenología estoy encantado la armonía teórica. Antes no era muy fan de SUSY (tal vez por ignorante) pero ahora lo soy y me gustaría mucho ver cualquier partícula supersimétrica en el LHC.

De verdad mil gracias por la respuesta Francis.

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>