Qué ha pasado con «El Tevatrón encuentra una nueva partícula en contra del Modelo Estándar»

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Llegó a portada en Menéame, fue comentada en Eureka, Kanijo y en este blog, entre otros. ¿Qué ha pasado con el exceso de multimuones de alto parámetro de impacto que encontró el CDF del Tevatrón y publicó en ArXiv en noviembre de 2008? Ninguna partícula conocida en el Modelo Estándar podía explicarlo. Nueva física en el Modelo Estándar significa Premio Nobel. ¿Ha confirmado el DZERO del Tevatrón el resultado? No lo ha confirmado. ¿Se ha publicado el resultado original en una revista internacional? Lo enviaron a Physical Review D y todavía está en revisión. Quizás no lo acepten debido a que DZERO no ha confirmado lo observado. ¿Podemos descartar que haya sido encontrada nueva física más allá del Modelo Estándar? No todos lo creen así. Por ejemplo, Tommaso Dorigo, coautor del paper del CDF en ArXiv, opina que el análisis de los datos de DZERO no es concluyente. Su argumento: los multimuones se encontraron a gran parámetro de impacto y los datos de DZERO a gran parámetro de impacto son poco fiables. Habrá que esperar a nuevos resultados de CDF y DZERO (o hasta que el LHC empiece a dar resultados) para confirmar o rebatir la posible nueva física reportada por el Tevatrón. Así es la física de partículas experimental, lenta, pero segura.

Para los interesados en los resultados de DZERO que (quizás) refutan los resultados previos de CDF, el artículo técnico es Mark Williams (DZERO Collaboration) «Search for Excess Dimuon Production in the Radial Region (1.6 < r < 10) cm at the DZERO Experiment,» ArXiv, Submitted on 16 Jun 2009. En lugar del exceso observado por el CDF (de un 23%) han observado un exceso prácticamente nulo ((0.40 \pm 0.26 \pm 0.53)\%). La razón por la que este resultado no es una demostración definitiva de que se ha interpretado mal el resultado del CDF es sencilla. El exceso de muones del CDF fue observado lejos del punto de colisión de los haces de protones y antiprotones en el Tevatrón, más allá de 1.5 cm (que es una distancia enorme en física de partículas). A dichas distancias la eficacia de los detectores de estado sólido del DZERO no es demasiado alta (según Tommaso es insuficiente) para confirmar o refutar definitivamente el resultado del CDF (que a dichas distancias se supone que es mejor detector).

Para los que hayan perdido el hilo, recapitulemos. ¿Por qué el exceso de muones es una posible señal de nueva física? La razón es que los muones se producen en procesos de desintegración débil, procesos que son muy inestables. No es fácil explicar tantos muones como los encontrados tan lejos como a 1.5 cm del punto de colisión. Cualquier proceso de desintegración débil los habría producido a una distancia mucho más corta. Se han encontrado unos 300 mil muones cuando los modelos teóricos basados en métodos numéricos de Montecarlo resultan en 70 mil muones menos. Un exceso del 23% es muy grande. ¿Puede que a grandes parámetros de impacto (distancias alejadas del centro de la colisión) se esté subestimando el número de muones de fondo según el Modelo Estándar? Los físicos del CDF tienen una experiencia altamente demostrada durante décadas en calcularlo correctamente, es difícil que se hayan equivocado, pero no imposible. Nada es imposible.

¿Qué podría explicar los resultados observados en el CDF? Hay varias posibilidades pero todas apuntan a la existencia de alguna nueva partícula aún no descubierta, quizás una partícula tipo bosón escalar (de la misma familia que el bosón de Higgs o del inflatón posible responsable de la era de la inflación tras el Big Bang). El Modelo Estándar permite la existencia de bosones escalares pero no los incluye ya que nadie ha observado ninguno. Si el CDF ha descubierto el primero su incorporación seguramente no requerirá que nadie se rasge las vestiduras pero se convertirá en un firme candidato a Premio Nobel de Física.

Se cofirme o se refute el resultado del CDF lo importante de este ejemplo es que todavía nos quedan muchas cosas por aprender del Modelo Estándar y de la física de partículas «convencional» sin necesidad de recurrir a exotismos como la supersimetría, los axiones y otros constructos teóricos. He de confesar que soy de los que piensan que la supersimetría es correcta y que será descubierta en el LHC del CERN.

PS (2 julio 2009): Más sobre los multimuones anómalos detectados en el CDF II con parámetro de impacto de 1,5 cm. Un nuevo artículo de F. Ptochos (CDF Collaboration), «Multi-muon events at CDF,» ArXiv, Submitted on 1 Jul 2009, trata de aclarar un poco el asunto. Me gustaría destacar un par de frases en dicho artículo: «It is difficult to reconcile the rate and characteristics of these anomalous events with expectations from known SM sources. Although one can never rule out the possibility that these data could be at least partially explained by detector effects not presently understood, we will present some additional properties of the ghost sample.» Aunque también afirman que «The possibility of instrumental effects, trigger and reconstruction biases have been investigated in detail.» Lo dicho, habrá que estar al loro a ver qué van publicando al respecto. Esto va a dar para largo…



3 Comentarios

    1. César, gracias por el enlace. Tommaso Dorigo nos lo contó magistralmente en «The Real Discovery of the Omega B Released by CDF Today!,» A Quantum Diaries Survivor, May 19th 2009.

      Para los interesados y resumiendo mucho, la partícula Omega-sub-b (ssb) está formado por dos quarks extraños (s) y un quark bottom (b). Su desintegración está mediada por la fuerza débil. Los resultados para su masa publicados por DZero y CDF son los siguientes

      DZero: M = 6165 ±10(stat.) ±13(syst.) MeV/c^2 = 6165 ±16.4 MeV/c^2
      CDF: M = 6054.4 ±6.8(stat.) ±0.9(syst.) MeV/c^2 = 6054.4 ±6.9 MeV/c^2

      Como se ve claramente, el valor de la masa del CDF es muy inferior al de DZero (una diferencia de 110.6 MeV/c^2), pero el error de CDF es 2.4 veces más pequeño que el de DZero. Además, el error sistemático de DZero es mayor que su incertidumbre estadística (13>10), siendo el de CDF mucho menor (como a uno siempre le gustaría).

      Tomando los datos como se muestran parecería que ambos detectores han detectado dos partículas diferentes.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 29 junio, 2009
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Physics • Science
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