Límites para la teoría de cuerdas en el LHC Run 2

Dibujo20160805 dijet cms max energy lhc cern

Esta figura muestra el suceso con los dos chorros hadrónicos más energéticos grabado por CMS en el LHC Run 2 hasta ahora. La masa invariante alcanza 7,7 TeV. Gracias a sucesos tan energéticos, CMS excluye la existencia de las resonancias predichas por la teoría de cuerdas con una masa inferior a 7,4 TeV en las búsquedas basadas en colisiones con dos chorros hadrónicos.

Estas búsquedas también se excluyen otros exotismos, como diquarks escalares por debajo de 6,9 TeV, axigluones y colorones por debajo de 5,5 TeV, quarks excitados por debajo de 5,4 TeV, escalares asociados a un octete de color por debajo de 3,0 TeV, bosones W’ por debajo de 2,7 TeV, bosones Z’ por debajo de 2,6 TeV, e incluso gravitones asociados a dimensiones extra por debajo de 1,9 TeV. Por supuesto, hay otras búsquedas de física exótica, como las basadas en colisiones que decaen en dos leptones. En este caso CMS acota la masa mínima para un bosón Z’ a unos 3,5 TeV, y en algunos canales hasta 4,0 TeV.

Más información en CMS Collaboration, “Search for narrow resonances decaying to dijets in pp collisions at √s= 13 TeV using 12.9 fb−1,” CMS-PAS-EXO-16-032, Aug 2016, y en CMS Collaboration, “Search for a high-mass resonance decaying into a dilepton final state in 13 fb−1−1 of pp collisions at s√=s= 13 TeV,” CMS-PAS-EXO-16-031, Aug 2016.

Dibujo20160805 gluon-gluon quark-quark quark-gluon dijet limits cms max energy lhc cern

Estas figuras resumen las múltiples búsquedas de nueva física en las colisiones que muestran dos chorros (cuyo origen son dos quarks, dos gluones, o un quark y un gluón). Se consideran resonancias asociadas a cuerdas, quarks excitados, axigluones, colorones, diquarks escalares, escalares octetes de color, nuevos bosones W’ y Z’, y gravitones RS.

Dibujo20160805 upper limits production spin-1 resonance cms lhc cern

Una predicción genérica de la teoría de cuerdas y de todas las teorías de gran unificación es la existencia de una nueva simetría gauge U(1)’ adicional al electromagnetismo. El bosón gauge de dicha simetría tiene masa a diferencia del fotón γ. Se suele llamar bosón Z’ (Z-prima) si su masa está en la escala GeV o TeV, y fotón oscuro γ’ si su masa es mucho más pequeña. Como muestra es figura su masa mínima ha sido limitada a unos 3,5 TeV, incluso a 4,0 TeV, según sea la anchura de su resonancia.

Me he centrado en las búsquedas en CMS. Hay búsquedas similares en ATLAS. Ponerle cotas a la masa de nuevas partículas es una de las misiones más importantes del LHC. Los primeros indicios de dichas hipotéticas partículas aparecerán conforme estas cotas se acerquen a su masa. El trabajo del LHC era encontrar el Higgs y luego buscar los primeros indicios de nueva física. Está cumpliendo con creces su misión. Todo un éxito del que todos nos debemos alegrar.


6 Comentarios

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Fidel Angel OrozcoFidel Angel Orozco

El LHC nos permite asistir a un momento crucial para verificar las teorias desde hace 50 años. Agradecido por tan buen artículo,.

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Tal vez mi comentario no venga al caso pero creo que hay algo interesante que puede enriquecer la entrada.

Es extraño decir esto, pero por una vez en la vida Molt escribe una gran post en su blog sobre los resultados nulos del LHC y la sorpresa es que es bastante poco viseral http://motls.blogspot.mx/2016/08/act...ium=twitter
Recomiendo su lectura, está acompañado de grandísimas frases y me parece va algo en la corriente de lo que Francis nos intenta transmitir con esmero en cada post:

“La naturaleza no está obligada a coperar en hacer las cosas fáciles para el experimentador” Los resultados nulos son fascinantes (indican que tal vez estamos equivocados sobre lo que esperamos en la escala de los Tev), LHC fue diseñado para hacer un trabajo en específico, lo está cumpliendo y por si fuese poco no conocemos el 95% del universo… esto está muy lejos de terminar

Y por el contrario Sabine Hossenfelder escribe una entrada hablando de un escenario de pesadilla, de una época de fracasos desde 1979 hasta el día de hoy. Me parece que la entrada de Molt la refuta de forma perfecta pero habrán de decidirlo los lectores de Francis
http://backreaction.blogspot.mx/2016...ml?spref=tw

Alvaro VerdionAlvaro Verdion

Si una partícula tiene una masa de 3,5 TeV y el LHC trabaja en torno a los 13TeV, ¿porque no se encuentran?

Francisco R. Villatoro

Alvaro, las colisiones protón contra protón a 13 TeV son en realidad colisiones gluón contra gluón, quark contra quark, etc., porque el protón es una partícula compuesta. Los quarks y gluones tienen menos energía que la que tiene el protón y por ello en dichas colisiones concretas la energía en el centro de masas es menor, del orden de un tercio en el mejor caso, luego de unos 4,3 TeV. Además, dicha energía se reparte entre varias colisiones “apiladas” (pile-up), que a 13 TeV ronda unas 30 colisiones; por ello es muy excepcional una colisión en el LHC que produzca una partícula de 3,5 TeV, de ahí que sea muy difícil observar partículas con una masa tan alta.

Alvaro VerdionAlvaro Verdion

Gracias por la aclaración. Has dicho que es muy excepcional, pero no imposible que se den esas colisiones.¿acumulando datos de colisiones, se pueden hallar o la solución solo pasa por aumentar la potencia?

Francisco R. Villatoro

Se requiere mucha luminosidad (número de colisiones) y depende mucho del canal de desintegración que se explore. El futuro del LHC no está claro, pero una opción firme es el HL-LHC (LHC de alta luminosidad) que debería acumular 3000/fb (cuando el objetivo del LHC son 300/fb); todo depende de si el colisionador a 100 TeV se construye en China o en Europa (VLHC).

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