El resultado experimental del detector CDF del Tevatrón es σB = 2’74 ± 0’27 ± 0’42 pb (septiembre 2009, [1]) y el resultado teórico es σB = 1’22 ± 0’14 pb (enero 2010, [2]), un valor claramente 2’25 veces más bajo. En ambos casos se trata de la primera vez. La primera vez que se mide dicho valor experimentalmente y la primera vez que se calcula dicho valor teóricamente. ¿Es un valor difícil de medir experimentalmente? ¿Es un valor difícil de calcular teóricamente? ¿Nueva física más allá del modelo estándar donde nadie espera encontrarla? Los más conservadores consideran que la última opción es descabellada, pero no saben decantarse entre las dos primeras. Las apuestas están abiertas. Aunque la mayoría de los físicos creerá que el resultado teórico debe estar mal calculado y que las simulaciones de Monte Carlo utilizadas no han considerado algún efecto sutil de importancia en este caso. Son cosas de la primera vez… Nos lo cuentan magistralmente en «b jets are hard to count!,» Collider Blog, March 14, 2010.
Los físicos del detector CDF han medido la sección eficaz (cross section en inglés) de las desintegraciones de un bosón W en chorros de partículas producidos por uno o dos quarks b (bottom). La sección eficaz mide la probabilidad de dicha desintegración y se mide en unidades de superficie (un picobarn es 1 pb = 10-36 cm²). Los físicos del CDF han tenido que discriminar qué chorros de partículas provienen de quarks b de la desintegración del bosón W y cuáles no (el fondo de quarks b en las colisiones es importante). La figura de la izquierda muestra el resultado que han obtenido. El 71% de los chorros son debidos a quarks b, es decir, 670±44, de los cuales 152±21 corresponden a procesos de fondo (background) y 25±8 corresponden a eventos que pueden haber sido identificados incorrectamente. La sección eficaz ha sido calculada utilizando los 493±48 eventos identificados. ¿Podrían haber cometido un error los físicos del CDF al discriminar entre estos eventos? El artículo está firmado por muchísimos físicos. ¿Cuántos habrán colaborado en el análisis de los datos? ¿Más autores significa más certidumbre en el análisis?
Los físicos teóricos Fernando Febres Cordero (Universidad Simón Bolívar, Caracas, Venezuela), Laura Reina (Florida State University, Tallahassee, FL, EEUU) y Doreen Wackeroth (University at Buffalo, Buffalo, NY, EEUU) han utilizado simulaciones de Monte Carlo (con el software MCFM) de la desintegración del bosón W en un par de quarks b utilizando la cromodinámica cuántica (QCD) y teniendo en cuenta hasta los dos primeros términos del desarrollo perturbativo de la sección eficaz (correcciones NLO o Next-to-Leading Order). Reina y Wackeroth son expertos de reconocido prestigio en estas lides. Sin embargo, la discrepancia entre la teoría y los datos experimentales siempre apunta, a priori, a un error por parte de los teóricos. ¿Menos autores significa menos certidumbre en el análisis?
En física de partículas elementales el LHC del CERN es la gran esperanza. Podemos suponer que, dado el interés que ha suscitado este asunto, como todo lo que apunta a física más allá del modelo estándar, el LHC verificará o refutará el resultado experimental obtenido por el CDF del Tevatrón antes de finales de año. Por otro, los investigadores teóricos están actualmente trabajando intensamente con objeto de resolver el misterio. ¿Encontrarán algún error sutil?
¿Qué nueva física podría estar oculta en este resultado? Si se confirma que hay más quarks b en los datos experimentales de los que predice la teoría, la única explicación es que existe una nueva partícula aún sin identificar que se desintegra en quarks b.
[1] The CDF Collaboration, «First Measurement of the b-jet Cross Section in Events with a W Boson in p-pbar Collisions at sqrt{s} = 1.96 TeV,» ArXiv, 8 Sep 2009. La quinta versión, la más reciente, es del 10 de Marzo de 2010.
[2] Fernando Febres Cordero, Laura Reina, Doreen Wackeroth, «Associated production of a W or Z boson with bottom quarks at the Tevatron and the LHC,» ArXiv, 19 Jan 2010.
PS (18 mar 2010): Tommaso Dorigo opina (ver comentarios en este entrada) que esta discrepancia entre teoría y experimento es interesante, pero cree firmemente que el resultado teórico subestima el valor correcto. Tradicionalmente las predicciones teóricas de este tipo han fallado ya que la cromodinámica cuántica es muy complicada, de hecho, es más complicada a baja energía que a alta energía (en sus palabras «high-energy QCD is well-known, but there are many unsolved mysteries at low energy«).