LHCb observa más quarks bottom de los predichos por la teoría

Dibujo20170206 differential crosssection function pseudorapidity 7 TeV and 13 TeV lhcb cern phys rev lett

El detector LHCb observa un 66% más colisiones con quarks bottom de las predichas por la teoría en los datos del LHC Run 2. El código numérico FONLL, que se usa para predecir las observaciones, funciona muy bien para colisiones a 7 TeV c.m. del LHC Run 1. Sin embargo, con dicho ajuste difiere a más de 5 sigmas cuando se aplica a las colisiones a 13 TeV c.m. (sobre todo para pseudorrapideces bajas). Nadie sabe aún el porqué. ¿Nueva física oculta? Quizás solo hay que trabajar más en los ajustes internos del código. Calcular no es fácil y calcular bien es muy difícil.

El ángulo θ entre la dirección de los hadrones con quarks b observados y la de incidencia de los protones que colisionan se normaliza a un valor cercano a la unidad usando la llamada pseudorrapidez η = −ln [tan(θ/2)]. LHCb estudia colisiones con mayor pseudorrapidez (2 < η < 5) que ATLAS y CMS (|η| < 2,5). La anomalía observada entre las observaciones y las predicciones del código FONLL para pseudorrapidez baja (η < 3) no ha sido observada en ATLAS y CMS. Estos detectores usan otros códigos numéricos para sus predicciones. Por tanto, todo apunta a algún error sistemático en el código FONLL. Sin embargo, todavía no ha sido identificado. Más aún, podría ocultar algo muy interesante.

Por supuesto, aunque se ha haya observado a cinco sigmas, hay que ser cautos ante este tipo de noticias. El artículo es LHCb Collaboration, “Measurement of the b-Quark Production Cross Section in 7 and 13 TeV pp Collisions,” Phys. Rev. Lett. 118: 052002 (03 Feb 2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.118.052002, arXiv:1612.05140 [hep-ex].

Dibujo20170206 crosssection pseudorapidity 7 TeV and 13 TeV lhcb cern phys rev lett

Se ha estudiado la sección eficaz de producción σ(pp → HbX), donde Hb es un hadrón que contenga un quark (o antiquark) bottom y X es cualquier otra cosa. Para colisiones a 7 TeV se observa un valor de 72,0 ± 0,3 ± 6,8 µb, en buen acuerdo con la teoría. Para colisiones a 13 TeV el valor observado de 154,3 ± 1,5 ± 14,3 µb es mayor de lo predicho por la teoría. Como muestra la figura de la derecha (b), se intuye una desviación sistemática hacia arriba entre las observaciones y las predicciones de FONLL. Por ello opino que el problema podría estar oculto en la calibración de este código (no sé si algún lector de este blog podrá aportar información relevante sobre este punto).

Dibujo20170206 pp HbX differential crosssection lhcb cern phys rev lett

Por cierto, la desviación se ha observado para una luminosidad integrada bastante baja. En concreto, 4,60±0,18 /pb a 13 TeV, mientras que se comparan con 284,10±4,86 /pb a 7 TeV. Me gustaría recordar que LHCb ha recabado 1665,12/pb en el LHC Run 2 durante 2016. Quizás nos encontramos ante una desviación asociada a un análisis de un número pequeño de colisiones. Aún así, todo indica que habrá que estar al tanto sobre esta desviación a cinco sigmas entre las observaciones y la teoría.


6 Comentarios

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EloyEloy

Muy buen artículo.
Una pequeña duda. Cuando dices: “Por supuesto, aunque se ha haya observado a cinco sigmas, hay que ser cautos ante este tipo de noticias.”; ¿te refieres a que cinco sigmas no es evidencia suficiente o que hay que esperar a más pruebas para contrastarlo?
Saludos

Francisco R. Villatoro

Eloy, cinco sigmas son cinco sigmas, no significan nada más. En una desviación entre teoría y experimento cinco sigmas pueden significar nueva física o pueden significar un cálculo incorrecto de la predicción de la teoría. Hay que ser cautos a la hora de interpretar de forma automática cinco sigmas como nueva física.

Pedro Miguel MartinezPedro Miguel Martinez

¿No es ln(tan(θ/2)) solución de ∫dθ/(1-k2*sen2(π/2-θ))1/2 para k=1?
¿Se estaría ante un valor de k<1?

PelauPelau

Medio siglo antes de que los quarks fueran propuestos ya se sabía que los nucleones no son partículas elementales:
https://en.wikipedia.org/wiki/Beta_decay

Y puedes estar seguro de que el reduccionismo está atacando al electrón hace ya rato:
http://francis.naukas.com/2015/12/11...l-electron/

El dispositivo informático que has usado para escribir tu comentario es una prueba viviente de que el modelo estándar funciona espectacularmente bien pese a sus notorias lagunas y limitaciones.

Toda la ciencia es un puzzle en construcción, ninguna certeza es definitiva, la última palabra nunca está dicha. ¿Qué hay de malo en buscar nueva física más allá del modelo estándar?

Saludos.

notengoniideanotengoniidea

A mí lo que más me preocupa no es que aparezca una anomalía respecto al modelo y haya que cambiar el modelo, lo que me preocupa es que llegue un momento en el que sea imposible determinar cuándo una anomalía es debida al modelo o al mecanismo de medición, que no solo es complejísimo sino que requiere cada vez más y más calibración, estimación…

Me explico, aparece una anomalía y se divide la comunidad científica entre los que dicen que es imposible tal cosa y que es un error de medición y los que se ponen a postular 50 modelos nuevos que explican tal cosa…

Me preocupa que lleguemos a un punto en el que las situaciones como esa den lugar a una explosión de nuevos modelos teóricos o nuevas críticas a los datos obtenidos, que aparezcan situaciones de este tipo más deprisa de lo que se van zanjando…

En el tema de la materia y energía oscura creo que estamos en esa situación, con la unificación y la teoría de cuerdas más de lo mismo, ¿qué modelo quiere usted? los tengo de todos los colores, ¿necesita una explicación que respete el modelo pero critique las mediciones? también las tengo…

Llegar a ese momento sin haber podido realizar un salto importante en la comprensión de las cosas que simplifique todo o permita decir “vale, desde aquí pisamos en firme” es una posibilidad que me inquieta.

Obviamente, si de lo que se trata es de recaudar fondos y calcular cuántos años te quedan para jubilarte y poder irte al Caribe todas estas cosas importan menos, no digo que sea el caso, pero parece que las “revoluciones” que vivimos son siempre menos importantes que las que nos contaron en el colegio.

PelauPelau

Es la impresión subjetiva debida a la angustia de vivir la espera en carne propia :)

La confirmación en 2012 del largamente predicho bosón de Higgs fue equivalente a ese “vale, desde aquí pisamos en firme”.

“Estándar” es eso, el modelo “de consenso”, “conservador”, la plataforma “firme” para seguir avanzando… porque es obvio que el modelo dista mucho de ser completo y por eso existen el Modelo Estándar Extendido, la Teoría M, etc.

Saludos.

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