Física de partículas sin partículas (o Georgi’s unparticle physics)

Por Francisco R. Villatoro, el 1 junio, 2008. Categoría(s): Bosón de Higgs • Ciencia • Física • LHC - CERN • Materia oscura • Mecánica Cuántica • Noticias • Personajes • Relatividad

Howard Georgi es uno de los grandes genios vivos de la Física de Partículas (según el ISI Web of Science 1945-2007 tiene un índice-h de ¡¡73!!, al menos 73 artículos con más de 73 citas). Ampliamente conocido es uno de los creadores de las Teorías de Gran Unificación (GUT), en concreto de los modelos más conocidos SU(5) y SO(10). Su artículo más citado es H. Georgi and S.L. Glashow, “UNITY OF ALL ELEMENTARY-PARTICLE FORCES,” PHYSICAL REVIEW LETTERS 32 (8): 438-441 1974, citado más de 2275 veces, etá en el TOP 25 de los artículos más citados de todos los tiempos, que propone SU(5) para unificar las fuerzas fuertes, débiles y electromagnéticas. Su segundo artículo más citado estudia las masas de los hadrones (bariones y mesones) en el contexto de la teoría de quarks (la cromodinámica cuántica), De Rújula, Georgi, Glashow, “HADRON MASSES IN A GAUGE THEORY,” PHYSICAL REVIEW D 12 (1): 147-162 1975. El artículo empieza de forma muy curiosa “Once upon a time, there was a controversy in particles physics. There were some physicists who denied the existence of structures more elementary than hadrons.” Así como uno de los introductores del Modelo Minimal Supersimétrico, la versión supersimétrica del Modelo Estándar, en su tercer artículo más citado, Dimopoulos, Georgi, “SOFTLY BROKEN SUPERSYMMETRY AND SU(5),” NUCLEAR PHYSICS B 193 (1): 150-162 1981 [free version].

Los artículos de Howard Georgi siguen siendo algo frikis, pero muy interesantes y ampliamente citados. Entre los últimos destaca su propuesta de estudio de la componente “Sin Partículas” de la Fïsica de Partículas: “Unparticle Physics,” Physical Review Letters 98, 221601, 2007 [free preprint] y “Another Odd Thing About Unparticle Physics,” Physics Letters B, 650(4): 275-278, 5 July 2007 [free preprint]. La idea es muy simple, aprovechar la invarianza de escala de las partículas sin masa y montar una teoría cuántica de campos con invarianza de escala (teorías de Banks-Zaks de 1982) a la que no se puede aplicar el concepto de partícula.

Las partículas en una teoría cuántica de campos están caracterizadas por valores de energía, momento y masa (en reposo) bien definidas. Si multiplicamos estos valores por un factor de escala el resultado no corresponde a dicha partícula. En concreto, la masa en reposo siempre es la misma independientemente de la energía y el momento de la partícula. Pero, qué pasa con las partículas con masa en reposo nula (como los fotones), la teoría de estas partículas permite la invarianza de escala. Las “no partículas” (unparticles) corresponden a la posible existencia de “estados” sin masa nula que son invariantes ante transformaciones de escala (aplicados a energía, momento y masa). Hasta el momento “nada” prohibe su posible existencia aunque todavía no han sido observadas experimentalmente. Quizás el LHC (Large Hadron Collider) la encuentre. Por ello, un gran número de físicos teóricos se han puesto las pilas y están “como locos” estudiandos sus propiedades y cómo podrían ser detectadas.

Las “no partículas” interactúan débilmente con el resto del Modelo Estándar, apareciendo en los experimentos como una energía y momentos “perdidos” que no pueden ser detectados experimentalmente. Ciertas distribuciones de energía “perdida” son una señal (signatura) clara de este sector. ¿Influye sobre el electrón? Sólo a energías de decenas a cientos de TeV (el LHC funcionará con un pico de menos de 10 TeV), luego quizás sea indetectable. El sector de “no partículas” permite explicar muchas cosas de forma novedosa como la violación de la simetría CP, violación de la simetría de sabor para leptones, explicación de la anomalía NuTeV para el ángulo de Weinberg en el Fermilab, etc.

Podría estar hecha la Materia Oscura del Universo de “no partículas”. El artículo de Tatsuru Kikuchi, Nobuchika Okada, “Unparticle Dark Matter,” ArXiv preprint, 2007, así lo propone. Las “no partículas” con paridad pueden ser un candidato para materia oscura fría gracias a su acoplamiento con el sector de Higgs del Modelo Estándar. Por ejemplo, si la masa del bosón de Higgs está en el rango (bastante razonable) 114.4 GeV < m_h < 250 GeV, la abundancia de un fondo cósmico de “no partículas” generadas en el Big Bang con masas en el rango 50 GeV < m_U < 80 GeV es consistente con la densidad y propiedades observadas de la materia oscura fría. En este escenario, un bosón de Higgs con una masa m_h < 160 GeV decae de forma dominante en un par de “no partículas”, siendo dicha caída detectable en el futuro LHC.

¿Podrían ser las “no partículas” un tipo de partículas pero con masa arbitraria? La propuesta de H. Nikolic, “Unparticle as a particle with arbitrary mass,” ArXiv preprint, 2008, que implementa una segunda cuantización del campo de “no partículas”, con operadores de creación y aniquilación de partículas aplicados a las “no partículas” y muestra que las “no partículas” se pueden manifestar como partículas ordinarias con una masa definida pero arbitraria (masa en reposo no constante).

La importancia y repercusión de un artículo se mide por su número de citas. En el último año (15 meses desde el envíó del preprint) el artículo “Unparticle Physics” ha sido citado la friolera de ¡¡167 veces!! Si eres físico teórico, ¿por qué no escribes un paper para Physics Reports sobre este interesante tópico? Ánimo.

Para saber más: “Interactions of Unparticles with Standard Model Particles

Muy interesante: “Comments on Unparticles



Deja un comentario