La señal de ATOMKI de un supuesto fotón oscuro alcanza 7.2 sigmas

Por Francisco R. Villatoro, el 21 noviembre, 2019. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 12

En 2016 un experimento de ATOMKI (Hungría) usando berilio observó con 6.8 sigmas una supuesta partícula con una masa de 16.7 MeV/c² bautizada X17. En 2018 el experimento NA64 del CERN la buscó, pero no la observó, aunque tampoco logró excluirla con certeza. Ahora un nuevo experimento de ATOMKI usando helio publica en arXiv la observación a 7.2 sigmas de la supuesta partícula X17 con una masa de 16.84 ± 0.16 (est.) ± 0.20 (sist.) MeV y una anchura de desintegración (X17 → e+e) de 3.9 × 10−5 eV. Un anuncio polémico que dará mucho que hablar hasta que se confirme que es una falsa alarma.

En el primer experimento se excitaban núcleos de berilio-8 y se estudiaba su retorno a su estado fundamental, 8Be8Be + X17 → 8Be + e+e; se observaba un exceso para ángulos entre el electrón y el positrón emitidos alrededor de 140º. En el nuevo experimento se excitan núcleos de helio-4 en su segundo estado excitado y se estudia su retorno a su primer estado excitado, 4He (0) → 4He (0+) + X17 → 4He (0+) + e+e; se observa un nuevo exceso para ángulos entre el electrón y el positrón emitidos alrededor de 115º. El ángulo no coincide con el primer experimento, pero el resultado se puede explicar con una partícula de tipo bosón con propiedades similares.

¿Cuál es la naturaleza de la partícula X17? Sus propiedades apuntan a un fotón oscuro (γ’), o a un nuevo bosón vectorial neutro (Z’), ambos regidos por una nueva (“quinta”) interacción fundamental tipo U(1). El problema es que para evitar que no se haya observado dicha partícula desde hace medio siglo es necesario que sea un bosón protofóbico (su acoplamiento con los quarks arriba y abajo debe ser muy pequeño), lo que implica un ajuste fino. En el experimento NA64 del CERN se está buscando esta partícula y no se ha observado para ajustes poco finos, pero no se descarta uno muy fino. En pocos años se espera que podrá ser descartado también (o bien confirmado con Premio Nobel para los húngaros de ATOMKI).

El nuevo artículo es A.J. Krasznahorkay, M. Csatlos, …, A. Krasznahorkay, “New evidence supporting the existence of the hypothetic X17 particle,” arXiv:1910.10459 [nucl-ex] (23 Oct 2019). Por cierto, sobre la búsqueda de la partícula X17 en el experimento NA64 del CERN recomiendo Dipanwita Banerjee (On behalf of the NA64 Collaboration), “Search for Dark Sector Physics at the NA64 experiment in the context of the Physics Beyond Colliders Project,” arXiv:1909.04363 [hep-ex] (10 Sep 2019).

En este blog también puedes leer “Primeros indicios de una nueva fuerza fundamental”, LCMF, 25 may 2016; y “Límites de exclusión de NA64 al supuesto fotón oscuro a 16,7 MeV observado por ATOMKI”, LCMF, 26 mar 2018.

[PS 25 nov 2019] Recomiendo de forma encarecida la lectura de las dos siguientes piezas (gracias Ramiro por destacarlas): Flip Tanedo (colaboración invitada), “The delirium over beryllium,” The Reference Frame, 26 Aug 2016; y Tommaso Dorigo, “The 17 MeV Anomaly That Would Not Die,” A Quantum Diaries Survivor, 22 Nov 2019. El primero explica muy bien la anomalía observada en el caso del Be-8. El segundo pone el foco en los problemas de análisis estadístico de los datos en el nuevo artículo; el análisis de los sistemáticos en el fondo es muy deficiente, lo que implica que las 7.2 sigmas proclamadas seguramente serán muchas menos. [/PS]



12 Comentarios

  1. Francis, por qué estás tan seguro de que es una falsa alarma y será descartado en los próximos años?

    Entiendo que sería raro un hallazgo de estas características a estas alturas pero si se ha visto en dos procesos distintos y NA64 no lo ha descartado, no veo razón para llamarlo falsa alarma. En mi opinión aquí puede haber algo aunque podría resultar una falsa alarma como la partícula de 750 GeV de hace unos años.

    Entiendo que hay cosas “raras” en este tema. Que nadie lo haya visto antes, el ajuste fino, que los excesos en los ángulos del Be y el He no coincidan (no sé si deberían), etc. Puede ser también que mis ganas de que se descubra algo nuevo influyan, pero no veo tan claro que sea una falsa alarma así a priori. Qué me estoy perdiendo?

    1. JJ:

      Justo acabas de hacer un buen resumen al respecto de porque la probabilidad de que sea una falsa alarma es casi uno.

      -“NA64 no lo ha descartado…” debe leerse como: “NA64 ha buscado al bosón X en caso del experimento con Be y no lo ha encontrado, pero ha acotado su posible acoplo con el electrón a algo como 4,2 ± 14 × 10−4” (de hecho la ventana del acoplo X-e es de 4.2×10^-4 < g (e-) + (e+), podrás notar que todo está en el rango de lo razonable, por no mencionar que los canales de desintegración para los piones están estudiadísimos desde mediados del siglo pasado.

      -Como comentas: Los ángulos en los dos experimentos no coinciden (su diferencia debería ser más pequeña).

      -Una especulación (tal vez falsa por reflejo de mi ignorancia): El acoplo del supuesto fotón oscuro (o Z´) con el fotón ordinario se introduciría como (g/2)F_abE^(ab) donde g es un número pequeño F el tensor de Faraday y E el análogo del tensor de Fraday para la nueva interacción U(1). Bien, no me queda claro que las correcciones cuánticas asociadas a ese término no deberían haber producido algún efecto apreciable en otros experimentos de precisión, como en los cálculos del momento magnético anómalo del muón por citar un ejemplo (a menos que se suponga una violación a la universalidad leptónica o algo por el estilo).

      Conclusión: Desafortunadamente hay muchas y fuertes razones para ser pesimista sobre esta noticia JJ.
      Saludos

      1. Una corrección:

        Mi primer párrafo debería haber dicho:

        -“NA64 no lo ha descartado…” debe leerse como: “NA64 ha buscado al bosón X en caso del experimento con Be y no lo ha encontrado, pero ha acotado su posible acoplo con el electrón a algo como 4,2 ± 14 × 10−4” (de hecho la ventana del acoplo X-e es de 4.2×10^-4 < g (e-) + (e+), podrás notar que todo está en el rango de lo razonable, por no mencionar que los canales de desintegración para los piones están estudiadísimos desde mediados del siglo pasado.

        Una disculpa.

  2. Hola,no se,en realidad no se por que le pusieron fotón oscuro,
    para mi a simple vista diría que es de un Azul increíble,realmente increíble
    pero,
    solo cuando se mueve.

    Un saludo y gracias.

  3. Miguel:

    Se llama “fotón” porque, al igual que el fotón ordinario, es una excitación de un campo de gauge U(1); y “oscuro” porque su acomplamiento con el fotón del electromagnetismo ordinario es muy pequeño, luego tiene pocos efectos “visibles” y es candidato a ser parte de la materia oscura.

    Saludos

  4. Hola,gracias Ramiro Hum-Sah siempre es un placer aprender,
    pensaba que se llama fotón por pertenecer a la misma
    familia,pero considerado como un Primo (como los numero)
    lejano y mucho mayor.
    Oscuro por contener dentro una información mucho mas valiosa y
    delicada,una sola letra mal puesta un solo numero mal puesto
    y desastre seguro,no es bueno el acoplamiento con cualquiera.
    Seguro estoy equivocado,
    pero
    no del Color.

    Un saludo y gracias.

  5. Perdonad mi ignorancia, pero ¿qué relación tiene esta posible “nueva” interacción con la interacción de Yukawa, que algunos ya señalaban como la “quinta” interacción?

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