Sobre el exceso a 30 GeV observado por el detector ALEPH de LEP

Por Francisco R. Villatoro, el 24 octubre, 2016. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science

dibujo20161024-fit-of-the-signalbackground-model-to-sign-di-muon-mass-spectrum-arxiv-org

Un físico interpreta como nueva partícula una resonancia a 30,40 GeV con un anchura de 1,78 GeV en las colisiones del detector ALEPH de LEP (recopiladas entre 1992 y 1995). En concreto, se observa a menos de 3 sigmas en el espectro dimuónico de las desintegraciones de bosones Z con pares de quarks b (bottom). Varios físicos blogueros se hacen eco, olvidando que la resonancia se explica bien gracias a las desintegraciones semileptónicas de mesones B sin nuevas partículas. Algunos incluso proclaman que el futuro de la física de partículas serán descubrimientos inesperados ocultos en los datos ya analizados.

El artículo es Arno Heister, “Observation of an excess at 30 GeV in the opposite sign di-muon spectra of Z → bb + X events recorded by the ALEPH experiment at LEP,” arXiv:1610.06536 [hep-ex]. Me enteré gracias a Peter Woit, “A New 30 GeV Particle?” Not Even Wrong, 21 Oct 2016, que menciona a Tommaso Dorigo, “A Dimuon Particle At 30 GeV In ALEPH ??” AQDS, 21 Oct 2016, y a Matt Strassler, “A Hidden Gem At An Old Experiment?” OPS, 21 Oct 2016; también nos habla del exceso Luboš Motl, “A bump at LEP near \(30\GeV\): weak but possibly justifiable,” TRF, 21 Oct 2016.

dibujo20161024-aleph-dali-f2-collinear-dimuon-collision-arxiv-org

Woit no lo resiste e inventa un rumor. ¿Por qué Heister estudia estos datos tan antiguos? Porque trabaja en el detector CMS del LHC, ha visto algo en los nuevos datos del Run II de 2016 y ha querido confirmarlo con datos pasados. Parece ignorar que Heister realizó su tesis doctoral en 2007 analizando este tipo de colisiones en ALEPH y preparando su futuro análisis en CMS. En mi opinión, ha querido publicar ahora dicho trabajo.

Dorigo recuerda que ALEPH observó a 4 sigmas una posible nueva partícula en 1996 que no fue confirmada y luego desapareció. Sugiere que lo mismo podría pasar con este trabajo de Heister a título individual, ya que la colaboración ALEPH no está detrás de este trabajo. Por tanto, creo que se confirma que Heister está tratando de publicar resultados de su tesis doctoral.

dibujo20161024-relative-transverse-momentum-distribution-in-aleph-data-and-in-full-simulation-arxiv-org

Más aún, Dorigo actualiza su artículo aclarando que miembros de ALEPH le han dicho a Heister que su interpretación es incorrecta. Se trata de una señal espuria ya que los muones observados son colineales a los chorros hadrónicos asociados a la desintegraciones de bosones Z, lo que indica que su origen son desintegraciones semileptónicas de mesones B. El artículo de Heister incluye estas dos figuras que comparan los resultados experimentales (izquierda) y las simulaciones de Montecarlo (derecha) mostrando un buen acuerdo en el momento transversal relativo de ambos muones.

La interpretación correcta de estas figuras confirma que el exceso se explica sin necesidad de ninguna nueva partícula. Heister las interpreta de forma incorrecta. En su artículo afirma que puede descartar el origen semileptónico de sus muones, porque la señal semileptónica de las colisiones con electrones es más débil. Pero este argumento se cae por su propio peso. Parece que Heister sufre un sesgo de confirmación que le lleva a ver lo que no hay, aunque su propio análisis apunta a que no lo hay.

dibujo20161024-data-vs-mc-data-opposite-sign-di-muon-mass-spectrum-arxiv-org

Strassler aprovecha que las tres primeras citas del artículo de Heister son a artículos suyos de 2006 sobre teorías de tipo valles ocultos (Hidden Valley Theories) para reivindicarlas. En estas teorías se predice la existencia de nuevas interacciones asociadas a partículas vectoriales de baja masa que interaccionan débilmente con el modelo estándar, salvo con la gravedad. Cuando se usan para explicar la materia oscura se suelen llamar sectores ocultos (Dark Sectors). Su detección en las colisiones de alta energía del LHC es más complicada que en las colisiones de mucha más baja energía de LEP.

Se le nota mucha el plumero a Strassler, pues él mismo reconoce que es muy raro que estas teorías de valles ocultos muestren una señal similar al exceso observado por Heister. Así que aprovecha para hablar de las búsquedas de partículas de baja masa que se están emprendiendo en CMS y otros detectores del LHC. Dicho trabajo no tiene nada que ver con el artículo de Heister.

dibujo20161024-another-aleph-dali-f2-collinear-dimuon-collision-arxiv-org

Finalmente, Motl nos habla del exceso usando a Strassler como apoyo. Aprovecha para afirmar que los modelos de valles ocultos le parecen poco prometedores. Y sugiere entre líneas que el exceso tiene que tener otra explicación (pero no se decanta de forma explícita por ninguna).

A los despistados les recuerdo que el colisionador de electrones contra positrones LEP (Large Electron–Positron Collider) ocupó el mismo túnel que el LHC en el CERN entre 1989 y 2000. Entre 1992 y 1995 la energía en el centro de masas de las colisiones era de 91 GeV, lo que permitía el estudio detallado del bosón Z. LEP tenía cuatro detectores llamados ALEPH (Apparatus for LEP PHysics), DELPHI (DEtector with Lepton, Photon and Hadron Identification), OPAL (Omni-Purpose Apparatus for LEP) y L3. De haber sido real, el exceso observado en ALEPH también se habría observado en los otros detectores hace ya unos 20 años. LEP y sus detectores fueron desmantelados en 2001 para dar cabida a LHC y los suyos.

Las desintegraciones semileptónicas de los mesones B, que tienen un quark b, son las que producen un leptón (electrón, muón o tau) y un neutrino (del mismo sabor). En la desintegración de un bosón Z  → X+bb → X+lνlν, los neutrinos no se detectan. Los quarks b antes de desintegrarse se hadronizan en mesones B, acompañados de quarks de menor masa. Estos otros quarks se observan como chorros hadrónicos que son colineales a los leptones en los que se desintegran los quarks b. El momento transversal relativo de los dos leptones en las colisiones analizadas por Heister corresponde a las simulaciones de Montecarlo para una desintegración de este tipo. Luego su exceso es espurio y no está asociado a una nueva partícula.

En resumen, en mi opinión, Heister ha querido publicar los resultados que obtuvo en su tesis doctoral. No debemos dejarnos engañar, no se producirá una explosión de artículos teóricos explicando este exceso a 30 GeV, como ocurrió con el exceso difotónico a 750 GeV. La razón es que su explicación en el modelo estándar es sencilla y no se requiere nueva física.



Deja un comentario