Supersimetría y anomalías experimentales en el LHC

Dibujo20150313 Susy-particles table

Muchos físicos esperan que el LHC encuentre la supersimetría a baja energía. Si la supersimetría se puede observar en las colisiones protón-protón a 13 TeV c.m. entonces debe haber señales de ella en las colisiones a 8 TeV c.m. Se han encontrado algunas pequeñas anomalías, la mayoría de menos de tres sigmas, que podrían tener un origen físico o bien un origen espurio. En el primer caso la significación estadística de las anomalías (su número de sigmas) debería crecer. En el segundo caso ocurrirá todo lo contrario, las anomalías tenderán a desaparecer.

Ya están disponibles las transparencias [en PDF] de las charlas de Les 29 Rencontres de Physique de la Vallée d’Aoste, Results and Perspectives in Particle Physics, La Thuile, 01-07 March 2015. Programa con transparencias en PDF.

Dibujo20150313 summary lhc experimental anomalies vs standard model - hooberman 2015

Este listado de anomalías de baja significación aparecen en la charla de Carlos E.M. Wagner (Univ. Chicago), “Supersymmetry : Theory vs Experiment,” La Thuile Conference on Results and Perspectives in Particle Physics, La Thuile, Italy, 6 March 2015 [PDF slides]. Todas ellas podrían tener un origen supersimétrico, pero también podrían deberse a errores sistemáticos en la estimación teórica de la predicción del modelo estándar o bien a una fluctuación estadística en los datos de colisiones.

Dibujo20150313 muon anomalous magnetic moment - 2015 status

Mucho más sugerente es la discrepancia a 3,6 sigmas entre experimento y teoría para el momento magnético anómalo del muón. Partículas supersimétricas con carga similar a la del muón y con masa en la escala electrodébil (al alcance del LHC) podrían explicar (de forma natural) esta anomalía. Por ejemplo, tan β ≈ 10 sería una partícula supersimétrica con masa m ≈ 230 GeV (para tan β ≈ 50 sería m ≈ 510 GeV).

Dibujo20150313 cms search - xixi into wz etmiss - wz - 3l - trilepton excess - 2014 status

CMS también ha observado un exceso en las desintegraciones WZ en tres leptones cargados y un neutrino, aunque ATLAS no lo ha observado. Estimar bien el fondo de estas desintegraciones es muy importante para la búsqueda de señales de la supersimetría.

Dibujo20150313 atlas search - ww excess dilepton excess - 2014 status

ATLAS ha observado un exceso en las desintegraciones WW en dos leptones cargados y dos neutrino, aunque CMS no lo ha observado. Casi todos estos excesos deben tener un origen sistemático, pues calcular en detalle el fondo de colisiones para desintegraciones con uno o varios neutrinos es difícil. Las estimaciones mejorarán mucho en los próximos años y la mayoría de estos excesos acabará desapareciendo. Aún así son muy sugerentes para los teóricos atrevidos.

Una revisión detallada de todas las pequeñas anomalías que se han observado nos llevaría lejos. Hay muchas asociadas a la física del Higgs y a los colisiones con muchos chorros (jets) tanto hadrónicos como leptónicos. Interpretar estas anomalías como señales de nueva física es sugerente, pero por ahora son señales de poca significación estadística. Casi con toda seguridad se trata de señales que acabarán desapareciendo. Espero equivocarme.


3 Comentarios

  1. Perdone mi ignorancia Francis:

    Respecto al momento magnético anómalo del Muón. Yo creía que el asunto ya había sido zanjado pues H.Spiesberger en esta charla https://indico.in2p3.fr/event/7399/session/9/material/slides/0?contribId=98 indica que los cálculos teóricos (de las correcciones radiativas por efectos hadrónicos) reducían a menos de 3.6 sigmas el exceso que observa el LHC y bueno parece lógico que si hay incertidumbre con las masas de los quarks (los tres más ligeros que el muón) con mucha más razón la contribución de las correcciones radiativas a este efecto en el muón.

    Sólo lo dije por que creía que ya se había consensuado el exceso a menos de 3.6 sigmas y con tanta incertidumbre ¿Alguien creerá que hay un contribución supersimétrica? por eso me sorprendió que Usted lo mencionara perdone mi atrevimiento.

    ¡Me sorprendió la posibilidad de la violación del número leptónico en los decaimientos del Higgs! ¡Menudo descubrimiento sería ese :D! ¿De qué sería señal esto? ¿Sería indicio de supersimetría? al menos yo no veo.

    Esta pregunta tal vez está sacada de contexto ¿Qué pasó con la anomalía “adelante-atrás ” en la Física del quark Top de la que se hablaba en los tiempos del Trevatón?

    1. Ramiro, los trabajos de Spiesberger se centran en la contribución hadrónica (la más difícil de calcular); sus cálculos reducen la anomalía de 3,6 sigmas a unas 2,4 sigmas. Todavía no hay consenso sobre si su técnica de cálculo (que aproxima la contribución hadrónica) es la solución definitiva a la anomalía.

      Por otro lado, la anomalía “adelante-atrás” hacía referencia a que los quark top prefieren aparecer en la dirección del quark incidente mientras que los antiquark top (o quark antitop) prefieren aparecer en la dirección del antiquark incidente. Fue observada por DZero (pero no por CDF) en el Tevatrón del Fermilab, alcanzando una asimetría del 20%, el doble de la predicción del modelo estándar. La anomalía casi desapareció en el último artículo de DZero sobre el tema, ya que se redujo a sólo el 12% (el modelo estándar predice un 9%); http://arxiv.org/abs/1403.1294. Un artículo reciente sobre el tema es http://arxiv.org/abs/1411.3007.

      Combinando CDF y DZero no hay ninguna anomalía en los datos del Tevatrón. Por tanto, la anomalía “adelante-atrás” ya no es una anomalía.

      Saludos
      Francis

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 15 marzo, 2015
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