¿Viola el Tevatrón la “otra” ley de Pauli? Los bosones se descubren en Europa, los fermiones en América

Por Francisco R. Villatoro, el 5 noviembre, 2008. Categoría(s): Ciencia • Física • LHC - CERN • Materia oscura • Noticias

dibujo20081104jetMe he enterado por Kanijo que traduce un artículo de NewScientist y por Daniel de Eureka quienes me han llevado con sus hábiles manos a Peter Woit, John Conway, Tommaso Dorigo, Luboš Motl, Carl Brannen, Matti Pitkanen, Adam Falkowski, Geoff Brumfiel, y a algunos otros.

Posible descubrimiento de nueva partícula elemental en el detector CDF del Tevatrón (13 eventos a día de hoy), que el detector D0 del mismo Tevatron tendrá que confirmar o desmentir el próximo año. De existir, el LHC también debería observarla en un par de años.

Toda nueva partícula es un hecho interesante, en especial cuando nadie la había predicho con anterioridad (¿se tratará de un Higgs “leptónico” exótico de 300 GeV?). Ha habido muchas falsas alarmas y esta también puede serlo. Los físicos teóricos saltan de sus asientos ¡eureka! y el circo comienza. Ya hay explicación utilizando la teoría de cuerdas, teorías poco ortodoxas que también explican los resultados “anómalos” de PAMELA para la materia oscura, etc.

Al grano, hay que leer un artículo experimental de 70 páginas enviado a Physical Review D, en concreto CDF Collaboration, “Study of multi-muon events produced in p-pbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV,” ArXiv preprint, 6 Oct 2008 (16 autores son españoles). El mesón Y (Upsilon) formado por una pareja de quarks bottom-antibottom es inestable y se desintegra en un picosegundo produciendo muones (electrones “pesados”) con una vida media de unos microsegundos. Sorprendentemente, lo que se ha observado no es fácilmente explicable. Parece que hay una “partícula” un poco extraña, con una masa de unos 300 GeV (unas 300 veces la masa del protón) y una vida media de unos 20 picosegundos, mucho más larga de lo que cabría esperar, que se descompone en un “chorro” (jet) de muones (más de 2 muones). Los chorros de hadrones son hoy algo estándar (ver la figura) y se deben a la existencia de los quarks y gluones que forman los hadrones. Pero los chorros de muones no son una conclusión del Modelo Estándar y pueden indicar física más allá del Modelo Estándar.

Lo primero que debemos recordar es que la interpretación de los datos experimentales requiere un modelo teórico que la sustente. La desintegración del mesón Y está regida por la cromodinámica cuántica (QCD). El cálculo teórico es tan complicado que hay varios valores “teóricos” y varias maneras de interpretar los resultados experimentales. Los valores teoría-experimento no coinciden (el cálculo más cercano entre ambos da un 1.25 +/- 0.26 en lugar de 1.00). De ahí la “anomalía” obsevada. ¿Podría el Modelo Estándar explicar los resultados observados? Nadie lo sabe, todavía. Muchos quieren creer que no, la esperanza de observar física más allá del Modelo Estándar nunca se pierde. ¿Confirmará el detector D0 los resultados de su hermano CDF? El análisis de los datos experimentales de D0 buscando este tipo de señal requerirá el desarrollo de nuevo software, lo que llevará cierto tiempo. Dada su importancia, seguramente el año que viene ya estará listo. Habrá que esperar.

Permitidme una apuesta de un lego ignorante. Un pentaquark podría explicar el resultado del Tevatrón.

PS: Dos apuestas tienen más éxico que una sola. Quizás se trate de un tetraquark.

PS2: Los cálculos QCD de la desintegración de la partículo Úpsilon se suelen realizar en el límite no relativista (ya que los quarks bottom son partículas tan pesadas que se mueven “lentamente”). Aún así, los cálculos no son sencillos. Los físicos teóricos podéis ver, por ejemplo, “Inclusive Charm Production in Upsilon(nS) Decay” o “Upsilon decay to two-charm quark jets as a Probe of the Color Octet Mechanism.” Los demás, conformaros con contemplar un diagrama de Feynman típico (en el segundo he dejado dos gluones libres, sin especificar, para que colgéis de ellos todo lo que se os ocurra que pueda explicar los resultados del CDF, posibilidades haberlas, hailas). 

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