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Una Nueva Física de Partículas?

Nuevos resultados del LHC sugieren una nueva física, pero ¿lloramos lobos?


Comenzó con una explosión
El Universo está ahí fuera, esperando que lo descubras


Una Nueva Física de Partículas?
La colaboración con LHCb es mucho menos famosa que CMS o ATLAS, pero las partículas que contienen el quark inferior producen nuevas sugerencias físicas que los otros detectores no pueden probar. Crédito de la imagen: CERN / LHCb Collaboration

original de Ethan Siegel para Forbes Abril 20, 2017
Las opiniones expresadas por los colaboradores son propias de los autores.


En el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, las partículas se aceleran hasta alcanzar las mayores energías que han alcanzado en la historia. En los detectores CMS y ATLAS, se buscan continuamente nuevas partículas fundamentales, aunque solo ha llegado el bosón de Higgs. Pero en un detector mucho menos conocido - LHCb - las partículas que contienen quarks inferiores se producen en números enormes. Una clase de estas partículas, los pares quark-antiquark donde uno es un quark inferior, recientemente se ha observado que se descomponen de una manera que va en contra de las predicciones del Modelo Estándar. Aunque la evidencia no es muy buena, es la sugerencia más grande para la nueva física que hemos tenido de aceleradores en años.

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A decaying B-meson, as shown here, may decay more frequently to one type of lepton pair than the other, contradicting Standard Model expectations. Crédito de la imagen: KEK / BELLE collaboration

Hay dos maneras, a lo largo de la historia, que hemos hecho avances extraordinarios en física fundamental. Una es cuando surge un fenómeno inexplicable y robusto, y estamos obligados a repensar nuestra concepción del Universo. La otra es cuando múltiples, compitiendo, pero hasta ahora indistinguibles explicaciones del mismo conjunto de observaciones están sujetas a una prueba crítica, donde sólo una explicación emerge como válida. La física de partículas está en una encrucijada ahora mismo, porque a pesar de que hay preguntas fundamentales sin resolver, las escalas de energía que podemos probar con experimentos dan resultados que están perfectamente en línea con el Modelo Estándar.

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El descubrimiento del bosón de Higgs en el canal de di-fotón (γγ) en CMS. Ese "topetón" en los datos es una nueva partícula inequívoca: el Higgs. Crédito de la imagen: CERN collaboration

El bosón de Higgs, descubierto a principios de esta década, fue creado una y otra vez en el LHC, con su decaimiento medido en detalles insoportables. Si hubiese algún indicio de desviación del Modelo Estándar -si se decayera en un tipo de partícula más o menos frecuentemente de lo previsto- podría ser un indicio extraordinario de nueva física. Del mismo modo, los físicos buscan exhaustivamente nuevos "baches" donde no debería haber ninguno en los datos: una señal de una nueva partícula potencial. Aunque aparecieron periódicamente, con un poco de significación, siempre se fueron completamente con más y mejores datos.

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Los canales observados de decaimiento de Higgs frente al acuerdo del Modelo Estándar, incluyendo los últimos datos de ATLAS y CMS. El acuerdo es asombroso, pero hay excepciones (que se espera) cuando las barras de error son más grandes.. Crédito de la imagen: André David, a través de Twitter

Estadísticamente, esto es sobre lo que usted esperaría. Si usted tenía una moneda justa y lanzó 10 veces, usted podría esperar que obtendría 5 cabezas y 5 colas. Aunque eso es razonable, a veces obtendrás 6 y 4, a veces obtendrás 8 y 2, ya veces obtendrás 10 y 0, respectivamente. Si tienes 10 cabezas y 0 colas, puedes empezar a sospechar que la moneda no es justa, pero las probabilidades no son tan malas: alrededor del 0,2% del tiempo, tendrás las diez vueltas que dan el mismo resultado. Y si usted tiene 1000 personas lanzando una moneda diez veces, es muy probable (86%) que al menos uno de ellos obtendrá el mismo resultado todas las diez veces.

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Lanzar una moneda diez veces y obtener el mismo resultado cada vez puede parecer un resultado muy poco probable, pero si tuvieras 1.000 personas realizar ese experimento, hay una probabilidad del 86% de que al menos una persona vería exactamente eso. Crédito de la imagen: Nicu Buculei / flickr

El modelo estándar hace predicciones para lotes de diferentes cantidades - tasas de producción de partículas, amplitudes de dispersión, probabilidades de decaimiento, ratios de ramificación, etc. - para cada sola partícula (fundamental y compuesta) que se puede crear. Literalmente, hay cientos de tales partículas compuestas que se han creado en tales números, y miles de cantidades como las que podemos medir. Dado que nos fijamos en todos ellos, exigimos un nivel extremadamente alto de significación estadística antes de que estemos dispuestos a reclamar un descubrimiento. En física de partículas, las probabilidades de una casualidad necesitan ser menos de uno de cada tres millones para llegar allí.

fisica de particulas
El modelo estándar calculó las predicciones (los cuatro puntos coloreados) y los resultados LHCb (negro, con barras de error) para las relaciones electrón / positrón a muón / antimuón en dos energías diferentes.Crédito de la imagen: LHCb Colaboración / Tommaso Dorigo

A principios de esta semana, la colaboración de LHCb anunció su mayor salida, pero observada desde el Modelo Estándar: una diferencia en la tasa de decadencia de mesones que contienen quark inferior en mesones que contienen quark extraño con un par muón-antimuón o un par de electrones- Positrones. En el Modelo Estándar, las relaciones deben ser 1,0 (una vez que las diferencias de masa de los muones y los electrones se tienen en cuenta), pero se observó una relación de 0,6. Eso suena como una gran cosa, y como podría ser un toque de física más allá del modelo estándar!

Una Nueva Física de Partículas?
Se han descubierto las partículas y antipartículas conocidas del Modelo Estándar. En total, hacen predicciones explícitas. Cualquier violación de esas predicciones sería un signo de la nueva física, que estamos buscando desesperadamente. Crédito de la imagen: E. Siegel

El caso se pone aún más fuerte cuando se considera que la colaboración de BELLE, la última década, descubrió estos decaimientos y comenzó a notar una ligera discrepancia ellos mismos. Pero una inspección más cercana de los datos más recientes muestra que la significación estadística es sólo de aproximadamente 2,4 y 2,5 sigma, respectivamente, a las dos energías medidas. Esto es aproximadamente un 1,5% de probabilidad de una casualidad individual, o alrededor de 3,7 sigma significación (0,023% de probabilidad de una coincidencia) combinados. Ahora, 3.7-sigma es mucho más emocionante que 2,5-sigma, pero todavía no es lo suficientemente emocionante. Dado que había miles de cosas que estos experimentos examinaban, estos resultados apenas se registran como "sugestivos" de la nueva física, y mucho menos como pruebas convincentes.

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El ATLAS y CMS diphoton topes a partir de 2015, se muestran juntos, claramente correlación a ~ 750 GeV. Este resultado sugestivo fue significativo en más de 3-sigma, pero se fue completamente con más datos.. Crédito de la imagen: Colaboraciones CERN, CMS / ATLAS; Matt Strassler

Sin embargo, ya el miércoles, se presentaron seis nuevos artículos (con más seguridad) que intentaban utilizar una física más allá del modelo estándar para explicar este resultado nada prometedor.

¿Por qué?

Porque, francamente, no tenemos buenas ideas en su lugar. La supersimetría, la gran unificación, la teoría de cuerdas, el tecnicolor y las dimensiones adicionales, entre otras, fueron las principales extensiones del Modelo Estándar, y los colisionadores como el LHC no dieron absolutamente ninguna evidencia para ninguno de ellos. Las señales de experimentos directos para la física más allá del Modelo Estándar han producido resultados completamente coherentes con el Modelo Estándar. Lo que estamos viendo ahora se llama con razón ambulancia-caza, pero es incluso peor que eso.

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Las partículas del Modelo Estándar y sus contrapartes supersimétricas. Los científicos no blancos-estadounidenses han sido fundamentales en el desarrollo del Modelo Estándar y sus extensiones. Crédito de la imagen: Claire David

Sabemos que los resultados como este tienen una historia de no aguantar en absoluto; Esperamos que haya fluctuaciones como ésta en los datos, y ésta ni siquiera es tan significativa como las otras que han desaparecido con más y mejores datos. Usted espera una discrepancia de 2-sigma en una de cada 20 mediciones que usted hace, y estos dos son poco mejor que eso. Incluso combinados, son apenas impresionantes, y las otras cosas que usted buscaría medir sobre esta decadencia se alinean perfectamente con el modelo estándar. En resumen, el modelo estándar es mucho más probable que y puede aguantar una vez más con la llegada de mejores datos.

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El paisaje de cuerdas puede ser una idea fascinante que está llena de potencial teórico, pero no predice nada que podamos observar en nuestro Universo. Crédito de la imagen: Universidad de Cambridge

Lo que estamos viendo ahora es una respuesta de la comunidad es lo que esperaríamos a una alarma que está llorando "¡Lobo!" Podría haber algo fantástico e impresionante por ahí, y por lo tanto, por supuesto tenemos que mirar. Pero sabemos que, más del 99% del tiempo, una alarma de este tipo es simplemente el resultado de que el viento sopló. Los físicos están tan aburridos y tan alejados de ideas buenas y comprobables para extender el Modelo Estándar -que es decir, el Modelo Estándar es tan enloquecedormente exitoso- que incluso un resultado mezquino como este es suficiente para cambiar la dirección teórica del campo .

Hace unas semanas, el famoso físico (y abogado de la supersimetría) John Ellis hizo la pregunta, "¿A dónde está yendo la Física de Partículas?" A menos que los experimentos puedan generar resultados nuevos e inesperados, es probable que la respuesta sea "nada nuevo, nada bueno" para el futuro indefinido.


La culpa ahora es de Google translate! A petición del público

1 comentario - Una Nueva Física de Partículas?

diegoskull2
Falta el resumen taringuero..
betelijah +1
diego no se puede... hay que leer ... ese es el mejor consejo (siempre que te interese) es complicado... los gringos le gusta decir las cosas con el menor numero de palabras, otra son los modismos de doble sentido... y es divertido ver como spring es primavera pero también es un resorte... o un riachuelo... cordial saludo