¿Dudan del hallazgo del Higgs? ¿Podría ser un techni-Higgs?

Por Francisco R. Villatoro, el 7 noviembre, 2014. Categoría(s): Bosón de Higgs • Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 10

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Leer el titular “Dudan del hallazgo real del bosón de Higgs,” Europa Press, Ciencia Plus, 07 Nov 2014, puede generar confusión. La noticia es que un artículo publicado en agosto en Physical Review D muestra que un modelo teórico para el bosón de Higgs como partícula compuesta (un technimesón vía el technicolor), puede explicar los datos observados en los experimentos del LHC del CERN. Obviamente, puede hacerlo, pero el principio de la navaja de Ockham recomienda elegir la explicación más sencilla de los hechos cuando hay dos hipótesis en liza. En este caso, la partícula descubierta en 2012 es el bosón de Higgs, hasta que no se observen los technipiones predichos por el technicolor.

En el modelo estándar, no hay diferencia entre una partícula elemental y una compuesta salvo a una energía suficientemente alta como para separar la compuesta en las partículas individuales que la componen. Por ello aún se siguen buscando partículas como los leptoquarks, cuya existencia haría que los quarks y los leptones fueran partículas compuestas. A las escalas de energía que hemos explorado a día de hoy, tanto los quarks, como los leptones y el bosón de Higgs son partículas fundamentales (o elementales), que no parecen ser compuestas.

El nuevo artículo técnico es Alexander Belyaev, Matthew S. Brown, Roshan Foadi, Mads T. Frandsen, “Technicolor Higgs boson in the light of LHC data,” Phys. Rev. D 90: 035012, 13 Aug 2014; arXiv:1309.2097 [hep-ph].

La idea de que el Higgs es un mesón (un pseudo-escalar de Goldstone) en una teoría de technicolor, un techni-Higgs, es muy antigua (Steven Weinberg, “Implications of dynamical symmetry breaking,” Phys. Rev. D 13: 974, 1976; Leonard Susskind, “Dynamics of spontaneous symmetry breaking in the Weinberg-Salam theory,” Phys. Rev. D 20: 2619, 1979). Los modelos de technicolor más sencillos (WSTC por Weinberg-Susskind TechniColor) predicen que un techni-Higgs debería tener una masa superior a 1 TeV = 1000 GeV, luego el bosón de Higgs observado con 125 GeV no puede ser un techni-Higgs.

Sin embargo, como siempre, en física teórica los modelos se pueden estirar y matizar todo lo que se quiera (“hacer teoría es gratis”). Algunos físicos pensábamos que estirar los modelos technicolor tanto como para dar cabida a un Higgs de 125 GeV requería un ajuste muy fino, pero el nuevo artículo de Mads T. Frandsen (CP3-Origins, Instituto Danés de Estudio Avanzado, DIAS, Dinamarca) y sus colegas presenta un nuevo modelo de technicolor compatible con los resultados experimentales de ATLAS y CMS sobre el Higgs, a día de hoy. En concreto, usan una versión del technicolor llamada MWT (Minimal Walking Technicolor) propuesta en 2007 (Simon Catterall, Francesco Sannino, “Minimal walking on the lattice,” Phys. Rev. D 76: 034504, 2007).

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El nuevo artículo estudia dos posibles teorías de technicolor MWT con un techni-Higgs, el technipión de menor masa en estado iso-singlete CP-par), de solamente 125 GeV. Las dos posibilidades son SU(2) MWT y SU(3) MWT (no entraré en detalles técnicos). En ambos casos se puede “correr” (walking dynamics) la masa del techni-Higgs para que baje desde ~1000 GeV hasta solamente unos 125 GeV (para ello hay que usar un techni-dilatón). El ajuste de parámetros necesario no es demasiado fino, luego para algunos físicos estas teorías pueden ser atractivas.

¿Cómo podemos diferenciar entre el Higgs y un techni-Higgs? Muy fácil, las teorías de technicolor predicen la existencia de una familia de techni-piones de masa creciente. No hemos observado ninguno. El LHC debería observar nuevos techni-piones si las ideas del nuevo trabajo son correctas.

¿Qué pasa si los techni-piones tienen una masa muy grande fuera del alcance del LHC? Pues que será imposible saber si el Higgs observado es un techni-Higgs o la partícula predicha por el modelo estándar. Si tomamos la unidad para todos los acoplos entre el Higgs y las demás partículas masivas, resulta que los acoplos del techni-Higgs son mayores que la unidad, pero muy próximos a ella (valores como 1,05 en lugar de 1,00). El LHC no tiene precisión suficiente para en los próximos años descartar un modelo de techni-Higgs como el presentado en el nuevo trabajo.

¿Entonces el Higgs es un techni-Higgs? La única opción razonable es aplicar la lógica, el llamado principio de la navaja de Ockham. Si los hechos experimentales se pueden explicar con dos teorías diferentes, siempre se prefiere la teoría más sencilla. Por fortuna la Naturaleza es pícara, pero no es perversa. Por ello, podemos afirmar sin duda que la partícula descubierta en el LHC es el bosón de Higgs del modelo estándar (si el LHC no descubre otros techni-piones en los próximos años).

Por cierto, te recuerdo que las teorías del technicolor son similares a la interacción fuerte, la cromodinámica cuántica (QCD), cuya carga se llama color. En lugar de quarks, los fermiones de estas teorías se llaman techniquarks (o technifermiones). Igual que en QCD aparecen partículas compuestas de tipo hadrón, tanto mesones como bariones, que se llaman, no hay que tener mucha imaginación para adivinarlo, technihadrones, technimesones (o technipiones) y technibariones. El techniHiggs sería el technimesón (o technipión) de menor masa compatible con los números cuánticos del bosón de Higgs. En sentido estricto no se debería llamar techniHiggs sino technimesón pseudo-Goldstone. El análogo en QCD a esta partícula es el mesón escalar σ (a veces llamado “Higgs QCD”), el mesón isoescalar CP-par de menor masa, la partícula (resonancia) que en el PDG se llama f0(500), porque su masa ronda 400-500 MeV [más información en PDG, PDF].



10 Comentarios

  1. “(…)hasta solamente unos 125 GeV (para hay que usar un techni-dilatón)(…)”

    Debería poner entre paréntesis, supongo, “(…) (para lo que hay que usar un tecnidilatón)(…)” o bien “(…)(para esto hay que usar un tecnidilatón)(…)”

    1. Pablo, quizás debería haber puesto entre 400 y 500 MeV. Recuerdo a los lectores que los dos piones cargados tienen 139,6 MeV, el pión neutro tiene 135,0 MeV, el mesón eta tiene 547,9 MeV, el mesón rho tiene 775,3 MeV, etc… La resonancia f0(500) según el PDG [PDF] tiene (400-500)-i(200-350) MeV. Según Miguel Albadejo (Univ. Murcia) y colegas (http://arxiv.org/abs/arXiv:1205.6606) la resonancia tiene 458±14−i(261±17) MeV.

  2. “Por fortuna la Naturaleza es pícara, pero no es perversa..” Esta frase me recuerda a aquella del gran divulgador Félix Rodríguez de la Fuente (en otro contexto) : “Dios perdona siempre, el hombre a veces, la naturaleza…jamás”

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