El LHC del CERN va viento en popa y logró su objetivo para todo 2011 en junio. Ya lo ha duplicado y va camino de quintuplicarlo. La supersimetría (SUSY) todavía no ha dado pruebas de su existencia. ¿Qué le pasará a la SUSY si el LHC no la encuentra este año? Nada, absolutamente nada. El modelo mínimo supersimétrico (MSSM) y la supergravedad mínima (mSUGRA) seguirán tan saludables como siempre. La SUSY seguirá resolviendo todos los problemas que sus defensores afirman que resuelve. Por ejemplo, una partícula candidata a la materia oscura en el rango de los 100 GeV. Lo único que pasará es que los squarks y los gluinos (superpartículas asociadas a los quarks y a los gluones) tendrán una masa mayor de 1 TeV, pero los sleptones, charginos y neutralinos podrían seguir teniendo masas por debajo de los 100 GeV. ¿Nada más? Pues sí, nada más, y no lo digo yo, lo afirma un artículo publicado en Physical Review D. Todo esto viene a colación por lo que siempre recuerda Paul D. Grannis (Fermilab) en sus conferencias sobre el legado del Tevatrón: un artículo titulado «400 Physicists Fail to Find Supersymmetry» se publicó en el New York Times alrededor de 1992 (2009, video, 2011). El periodista autor de la noticia fue Malcolm W. Browne, quien se hacía eco de una conferencia celebrada en el Tevatrón del Femilab. Según la noticia, un arsenal de cerebros y tecnólogos trabajando en el Tevatrón (cuyas primeras colisiones fueron en 1987) nos recordaron a todos lo desagradable y difícil que es la ciencia, ya que sus hercúleos esfuerzos en pos de la supersimetría no habían tenido éxito. En 1993 la supersimetría todavía no había sido descubierta. Hoy, ya en 2011, tampoco. Más aún, me temo (aunque quisiera equivocarme) que en 2012 tampoco lo será. Pero en esta entrada lo que quiero recordarte, tanto si eres aficionado a la SUSY como si no, es que la SUSY no fue afectada por el «fracaso» en 1993 del Tevatrón, ni lo será por el «posible fracaso» del LHC en 2012. Por cierto, la noticia que recuerda (mal) Grannis fue «315 Physicists Report Failure In Search for Supersymmetry,» New York Times, January, 1993. Y el artículo técnico en PRD es Philip Bechtle et al., «What if the LHC does not find supersymmetry in the √s=7 TeV run?,» Phys. Rev. D 84: 011701, 19 July 2011 (ArXiv preprint). Este artículo considera la mSUGRA; resultados similares para el MSSM se publicaron en S. Scopel et al., «Impact of the recent results by the CMS and ATLAS collaborations at the CERN Large Hadron Collider on an effective minimal supersymmetric extension of the standard model,» Phys. Rev. D 83: 095016, 23 May 2011 (ArXiv preprint).
Por cierto, el número 315 en el titular del artículo del NYTimes hace referencia al número de autores del artículo F. Abe et al., «Search for squarks and gluinos from ppbar collisions at √s =1.8 TeV,» Phys. Rev. Lett. 69: 3439–3443, 14 Dec. 1992. En un modelo MSSM (extensión supersimétrica del modelo estándar) con un fotino ligero (mγ̃<15 GeV/c2), el Tevatrón excluía con al 90% C.L. la existencia de squarks y gluinos con masas menores de 126 y 141 GeV/c2, respectivamente. En la actualidad (julio 2011) el Tevatrón excluye los squarks y gluinos con una masa inferior a unos 350 GeV/c2. Pero el LHC del CERN sube este límite a cerca de 1 TeV/c2; por ejemplo, ATLAS con 1 /fb de colisiones exluye squarks y gluinos con masas inferiores a 800 y 850 GeV/c2, valor que asciende a 1075 GeV/c2 bajo la hipótesis de que la masa de squarks y gluinos coincida. A finales de 2011 se espera acumular entre 4 y 5 /fb de colisiones protón-protón a 7 TeV c.m. en los experimentos ATLAS y CMS del LHC. Durante 2012 no se sabe aún si se seguirá con colisiones a 7 TeV c.m. o se pasará a 8 TeV c.m.; en el primer caso se acumularían más de 10 /fb a dicha energía.
Muchas de las soluciones de la SUSY a los problemas del modelo estándar se basan en los sleptones (selectrones y sneutrinos) y en los neutralinos (combinaciones del fotino, el zino, los winos y los higgsinos). Para estas partículas el LHC del CERN ofrece límites de exclusión mucho más pobres que para los squarks y gluinos. Basta recordar que para los mejores límites de exclusión para estas partículas, a día de hoy, siguen siendo los que en 2001 se obtuvieron con el LEP2 del CERN, que excluyó los sleptones y charginos con una masa inferior a unos 100 GeV/c2, y el neutralino más ligero, LSP, con una inferior a 45 GeV/c2. Como el Tevatrón y el LHC son colisionadores de hadrones sus límites de exclusión para la masa de estas partículas necesitan acumular un gran número de colisiones para ser competitivos con LEP2.
Ya lo dije y me repito, el LHC es la farola que alumbra la búsqueda de física más allá del modelo estándar. Los físicos teóricos están ajustando todas sus teorías físicas para que muestren señales bajo la luz del LHC. Si el LHC no encuentra la supersimetría bajo estos ajustes, lo único que se descartarán serán estos ajustes. Ni la supersimetría, ni tampoco la teoría de cuerdas o cualquier otra teoría compatible con la supersimetría, sufrirá ningún varapalo. Si es posible dibujar un elefante con solo cuatro números complejos, qué no será posible predecir con los cientos de parámetros libres que ofrece la supersimetría (solo el MSSM tiene unos 120 y es un modelo «mínimo»).
PS: Recomiendo la charla/curso de Matthew Reece (Princeton), «Assessing SUSY After 1 fb^{-1}],» KITP Program: The First Year of the LHC, Auguts 11, 2011. La charla a golpe de pizarra incluye una discusión muy interesante con varios miembros del público sobre la supersimetría y el LHC. Según Reece que la búsqueda directa en el LHC no encuentre la SUSY no es un problema grave; lo grave será cuando los datos cosmológicos (búsquedas indirectas) empiecen a ponerle problemas a la SUSY.
Los físicos creen en la supersimetría por varias razones, creo recordar las siguientes: motivos de «belleza» y simetría, motivos de estabilización de la energía del vacío y motivos relacionados con las teorías de gran unificación (las gráficas que muestran la variación de la constante de acoplamiento de las distintas fuerzas parecen converger en un punto de GUT si se tiene en cuenta la supersimetría). Sin embargo, como dice Francis tener que ajustar cientos de parámetros libres adicionales no parece muy «bello», habrá que esperar a colisiones a 14Tev para ver si existen las partículas supersimétricas hasta unos 3Tev.
Por cierto, sobre la búsqueda del Higgs, Philip Ghibbs en su blog se hacía eco de nuevos rumores sobre un Higgs en torno a 140Gev, sin embargo, parece que se refiere al pico observado en torno a esa energía y que se ha filtrado que los nuevos datos del LHC confirmarían la existencia del pico. Parece que estamos cerca del Higgs, esperemos que no sea otra falsa alarma.
Si la supersimetría siguiera siendo el modelo más popular también tras no detectarla en 2012, y dado que no fue descartada en 1993, cómo sería posible falsearla? Una teoría científica tiene que hacer predicciones que también incluyen criterios de falsificación. Pues, cuándo se empezaría pensar más en modelos alternativos si la supersimetría no fuera detectada?
Encontrar la SUSY en búsquedas directas en el LHC del CERN no es la única manera de falsear la SUSY. Las búsquedas indirectas utilizando la física del sabor o la cosmología, que nos permiten explorar escalas de energía imposibles de explorar con el LHC, serán las que podrán falsear a la SUSY.
En mi opinión estamos explorando la punta del iceberg de la SUSY. Hay muchos modelos que no han sido explorados en detalle por los físicos dedicados a la fenomenología.
En cuanto a modelos alternativos, los hay y muchísimos. Casi cada físico teórico (junto a sus estudiantes) tiene su propio modelo, la mayoría sin incluir la SUSY, aunque pueden incorporarla con facilidad (hay que cubrirse las espaldas). La SUSY es una idea general aplicable a cualquier modelo y todo el mundo la aplica a su propio modelo; pero la mayoría de los modelos se desarrollan sin SUSY y luego se le añade la SUSY. No es verdad que no haya alternativas a la SUSY, todo lo contrario, el problema es que hay demasiadas y han sido poco estudiadas. Hasta que un hecho experimental apunte a un modelo concreto y descarte a los demás, esta situación será el día a día de los físicos teóricos.
Gracias por la respuesta inmediata! En qué concretamente estás pensando con lo de la cosmología? Ver si materia oscura está compuesta de partículas supersimétricas?
Entonces sí, es verdad que hay muchas propuestas alternativas a la SUSY, y son poco estudiadas. Esto es exactamente lo que quería decir: estudiar SUSY es necesario, pero creo que necesitemos más diversidad en desarrollar las alternativas más incluso su fenomenología.
Sí, saibot, básicamente las búsquedas indirectas de la materia oscura como búsquedas indirectas de las partículas supersimétricas (Planck nos ofrecerá nueva información sobre la materia oscura a escala cósmica muy interesante). Si confiamos en la supergravedad, también hay señales de la supersimetría que podrían observarse en el fondo cósmico de ondas gravitatorias (que podría observar de forma indirecta Planck); además, las características de la inflación cósmica dependen de si la supersimetría existe o no, y algunas de sus propiedades podrían apuntar hacia dicha teoría.
Vaya! Con eso se refuerza mi impresión que los datos «experimentales» para la física de partículas vendrá de la astrofísica, una vez cuando se haya acabado la era de los aceleradores.
¿Qué pasa si no se encuentra la supersimetría en el LHC este año?
Los fisicos de particulas seran vistos por la poblacion general como castrati.
Muy buena esta entrada Francis, aclara muchas cosas y se entiende la gran importancia que tiene la supersimetrìa, asì como tambien sus nexos, en un principio pense que lo màs atinente es que todo se quede como està si no se encuentrada nada que pueda demostrar la existencia de la supersimetrìa, como teorìa que no ha sido demostrada y nada màs.
El ejemplo del LHC es paradigmático para la epistemología y la filosofía de la ciencia: Los experimentos, en un 99%, sólo sirven para CONFIRMAR teorías (no en un sentido «absoluto» sino en el sentido de «concuerdan experimentos y teoría razonablemente»).
Esto es necesariamente así, porque lo que pasa en el LHC es la noche oscura total. No se puede «mirar» y ver lo que hay dentro, sólo se pueden interpretar gigas de números usando las teorías que hay.
Y como NO-HAY-OTRAS-TEORÍAS pues no se pueden «refutar» las que hay. La «refutación» nunca es clara, y sólo ocurre cuando una mayoría de gente se convence de abandonar unas teorías por otras.
Lo que es inexplicable que la filosofía de Popper (el refutacionismo) siendo un disparate gigantesco contrario a lo que se hace cada día, sea la «filosofía de cabecera» de los físicos (lo que quizá demuestra la supina ignorancia de los físicos sobre estos temas).
Lo curioso es que incluso en las matemáticas (donde no hay experimentos) el consenso social es lo que determina si algo es un «teorema» en los casos muy complejos (en los casos sencillos se podría hablar de «objetividad absoluta» pero no en los complcados). De hecho, trabajos super-especializados como los de Perelman sólo los entienden unos pocos especialistas, y entre ellos, tras leer el trabajo, no terminan de tener claro si «todo estará correcto».
Y en este convencimiento de que «tenemos la teoría correcta», en física de altas enrgías, donde la interrelación entre la teoría y el experimento es muy lejana (tan lejana que nadie sabe lo que significan los experimentos) interviene la propaganda, la publicidad, el prestigio y el dinero en buena parte, siendo un proceso mucho más «social» de lo que normalmente se cree.
O dicho de otra forma: Seguramente existen alternativas a la Mecánica Cuántica y las teorías estándares, por caminos totalmente diferentes, donde no existan los quarks, ni las cuerdas, sino otras cosas completamente diferentes, que nadie explorar ni explorará porque la única forma de tener trabajo y cobrar un sueldo es dedicarse a lo que todo el mundo.
Lo importante de esta reflexión, que algún día entenderán los físicos, es que probablemente los quarks y las cuerdas y similares objetos, existen si nosotros DECIDIMOS que existan porque abrazamos unas teorías y no otras.
Y más importante aún: decidir usar teorías donde existen los quarks o decidir usar teorías donde no existen, pueden ser caminos AMBOS CORRECTOS, porque lo único que podemos hacer es construir teorías para interpretar experimentos e ir ajustando parámetros para que las «cosas encajen lo mejor posible». Este proceso de «encaje» es la ciencia, y por ello teorías incompatibles y contrarias pueden ser ambas correctas si ambas encajan en su interpretación de la realidad.
Pasando ahora a las opiniones, creo que la fisica ha degenerado mucho desde hace 50 años, con la mecánica cuántica y construcciones posteriores, incluyendo algunos pasajes de la relatividad … porque hacer fórmulas matemáticas es una cosa, y construir modelos coherentes de la realidad donde estén bien definidos los campos de aplicabilidad es otra cosa bien diferente, modelos donde las reglas semánticas implícitas o explícitas sean claras, y no meros «montones de fórmulas» que se construyen primero antes de pensar en el modelo subyacente físico (( insisto, no digo que sean «incorrectas» porque eso no tiene sentido, ni digo que «atenten contra el sentido común» … digo lo que digo, la débil conexión semántica entre las fórmulas matemáticas y modelos físicos subyacentes que hacen pensar que todo este tinglado avanza por caminos que empiezan a parecer «poco científicos» … -y hay más de un físico, y más de dos, que piensan lo mismo – ))
Un cordial saludo desde Madeira mirando al mar,
y a seguir disfrutando del verano y del excelente (y único) blog de Francis.
🙂
Leo Cano
pero como es posible ¿estas negando la existencia de los mesones b?
Simple… Pues las cuerdas están hechas de nada.
Desde el momento que la mecánica cuántica se fundamenta en explicar la realidad basándose en que una partícula se comporta como una onda (nada), entonces las partículas son nada, sólo simples funciones de onda. ¿Juega o no juega Dios a los dados con el Universo?
El problema Javier, es que el metodo científico, por lento que sea, por mucho que se base en cometer errores, es la mejor forma de hacer ciencia que hemos desarrollado. Ninguna otra permite obtener conocimientos de manera mas segura y sobre todo permite autocorregir los errores cometidos. Si es lenta, y si se comete error tras error…pero ¿cómo superarlo? Cuando alguien invente un mejor método mas eficiente seguramente se ocupará, pero hoy por hoy no hay nada mejor y peor sería quedarse de brazos cruzados.
este javier es un verdadero subversivo de la fisica cuantica y de la relatividad, es cierto que hay problemas pero se ha avanzado ¿poco? ¿mucho? no lo sé
Si algo no se encuentra quizás es que no existe. Simplemente se debe buscar una nueva explicación, en vez de aferrarse a un modelo erróneo. Un cambio de paradigma de pensamiento.