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Strings 2011

junio 28, 2011

Escribo un post “de urgencia” para señalar que se está actualmente celebrando en la universidad de Uppsala (Suiza) la conferencia anual de la teoría de cuerdas que, lógicamente, este año se denomina strings 2011.

Ha comenzado hoy. La charla de apertura ha corrido a cargo de David Gross. La charla está disponible en video aquí. En general esta previsto que todas las charlas estén disponible en vídeo. Al momento de escribir esta entrada los videos disponible pueden consultarse en esta página.

Aún no he tenido tiempo de verlos (me pondré a ello cuando termine de escribir aquí). Si queréis saber de que habla cada conferenciante antes de lanzaros a ver los vídeos podéis consultar los horarios aquí. Aparte de los horarios en esa página podéis encontrar el título de la charla de cada conferenciante. Así puede verificarse que, para hoy, hemos tenido:

David Gross (KITP, Santa Barbara) opening talk
Michael Green (Cambridge University) “Multiloop systematics in pure spinor field theory”
Thomas Klose (Uppsala University) “Recent Results for Holographic Three-Point Functions”
Henrik Johansson (Saclay) “Lie Algebra Structures in Yang-Mills and Gravity Amplitudes”
Fabio Zwirner (University of Padua) review talk “LHC results and prospects from a theorist’s viewpoint”
Niklas Beisert (AEI Potsdam) “Counterterms and E7 Symmetry in N=8 Supergravity”

Posiblemente la que mas llame rápidamente la atención sea la de Fabio Zwiner, por aquello de que en el título está escrito “LHC results”. Al fin y al cabo la física necesita experimentos, y hoy día el 90% de la fenomenología de la física más allá del modelo standard que se está buscando en el LHC proviene de consideraciones de la teoría de cuerdas (y su hermana pequeña, la supersimetría).

Así, sin haber visto las conferencias, veo que Michael Green habla de las spinor strings. Realmente no he leído ningún paper sobre ese tema y todo lo que conozco viene de los blogs de Lubos y el ahora pragmáticamente inactivo Jacket Distler. De hecho el último post de Distler en su blog sobre spinor strings llevó a una disputa dialéctica entre el y Lubos que erivó en que Distler banear a Lubos de su blog. En too caso las “spinor strings” serían una forma alternativa de formular el lagrangiano base de la teoria de cuerdas que se supone que al menos en algunos casos proporcionaría algunas ventajas. Ese tema está ligeramente relacionado, aunque ni mucho menos es lo mismo, con los mas famosos twistor y su uso en teoría de cuerdas y en supergravedad (con N máximal, es decir, en principio teorías no físicas). Este año estuve una temporada mirando el tema de los twistors y la “twistor minirevolution” com la vendió Lubos. Realmente el tema ha causado mucho interés y revuelo (incluso entre gente “rarita” como Matti Pitkannen y MArni Dee Shepphard, de los que hablé en el post anterior. A mi la verdad es que me ha parecido un tema “bonito”, que permite encontrar relaciones entre diagramas de Feynman a un orden dado, sumarlos “todos en uno”, o también entre diagramas a un orden y al orden siguiente. Todo muy interesante, y en algunos casos muy particulares de interés físico hasta permite explicar relaciones previamente obtenidas por otros métodos de una manera mas elegante y generalizable. Con todo aún falta mucho por hacer antes de que eso conecte con algo de interés inmediato y por ese motivo (bueno, eso y mi pereza natural para publicar) no escribí una entrada dedicada sobre el tema. Precisamente por eso he aprovechado que estaba íntimamente relacionado con las spinor strings y he contado ahora por encima de que iba, enmendando un poco mi omisión anterior.

Thomas Klose habla de holographic three point vertex. Debo ser el físico interesado en la teoría de cuerdas al que menos impresiona la holografía y la conjetura de Maldacena. A riesgo de que alguien me de cuatro bufidos me atrevería a decir que ese tema es un caso de “burbuja académica” y que en algún momento debería pinchar.

La charla de Henrik Johansson parece de carácter muy matemático, y de un tema bastante trillado, las álgebras de Lie. Tampoco me entusiasma, la verdad.

La de Niklas Beisert parece ir sobre la hipótesis de que después de todo la supergravedad N=8 si es renormalizable (en contra de lo que se pensaba hace mucho tiempo). Es un tema interesante en el que es imprescindible que se siga trabajando para verificarlo definitivamente. Pero también es un tema muy técnico y muy concreto que difícilmente va a atraer al grueso de la comunidad.

Total, que de hoy recomiendo la charla sobre el LHC y la de las spinor strings.

Si alguien quiere ir ojeando los pdfs de las charlas (las ya dadas y las que están por venir) puede encontrarlos en esta otra página. O al menos eso he creído entender, que la web de esa universidad- como la de la mayoría de las universidades es bastante caótica.

En fin, lo suyo sería que pusiese entradas diarias informando de como transcurre la conferencia. Pero no sé yo si será posible. En principio, aún sin confirmar, me iré unos días de vacaciones a partir del miércoles o el jueves, y no veré los vídeos posteriores hasta la vuelta. En todo caso los blogs de los sospechosos habituales (Woitt para criticar, vixra blog de manera más o menos imparcial, y Lubos -si sus pasiones políticas le dejan- para “sentar cátedra”-dicho sea de manera cariñosa.).

P.S. Es un poco cutre que ni siquiera tengan un logo, que me hubiese podido servir para poner una imagen en la entrada, ya les vale.

Update: Acabo de ver la conferencia de Michael Green en “spinors strings”. Como cabría esperar no he entendido todo, pero me ha servido para hacerme una ligera idea del tipo de cosas que tratan (que al fin y al cabo ese es el propósito de la conferencias). Por lo que he entendido empiezan con un lagrangiano de cuerdas al que le añaden variables spinoriales. La utilidad de eso es que luego pueden hacer una teoría de perturbaciones que sea explicitamente covariante y supersimétrica en el espacio target. Actualmente la mayoria de artículo tratan con teorías de campo efectivas, estudiar compactificaciones, branas y etc, etc. El caso es que normalmente uno no tiene que hacer muchos cálculos con loops (si acaso para estudiar la interacción entre dos branas) y es posible que tenga poco reciente las bases de la teoría de cuerdas perturbativas. La idea es que uno debe sumar sobre todas las superficies (en particular superficies de riemann) que se generan como resultado de evolucionar la cuerda en el tiempo. Los “loops” de teoría de campos se traducen en genus de la superficie (para entendernos, el número de agujeros de la superficie). Eso es a nivel de la worldsheet, claro. Bueno, el caso es que en algún punto, para hacer los cálculos explícitos uno debe elegir un gauge (hacer un gauge fixing). Si no recuerdo mal normalmente se elegía el conocido como “light cone gauge” (gauge del cono de luz). En ese gauge se obtenían las partículas que actualmente forman el espectro de la teoría de cuerdas. También sirven para obtener los “vertex propagators”. Un propagador de vértice es un operador que se representa como un punto en la superficie de Rieman y representa los estados asintóticos (lo que serían las líneas externas en un diagrama de Feynman).

Bien, eso es a grandes rasgos (y si memoria no me ha jugado una mala pasada en los detalles) el proceder habitual en teoría de cuerdas.Evidentemente los cálculos son muy complicados. Uno tiene que eliminar redundancias y ahí aparece el moduli de la superficie de Riemman, el espacio de Teichmuler y todas esas bonitas matemáticas de la base de teoría de cuerdas perturbativas(posiblemente el libro dónde mejor viene explicada esa matemática el de “Quantum field theory of point particles and strings” de Brian Hatfield). Bien, en la formulación spinorial esos diagramas en que aparecen superficies se sustituyen por diagramas en que aparecen líneas. Eso si, sigue habiendo puntos de inserción, que representan vértices. Debo, no obstante, decir que ahí me he perdido un poco ya que en algún momento de la conferencia se pasa de analizar teoría de cuerdas a analizar supersimetría (es decir, teoria de campos para partículas puntuales).

Bien, una vez que está trabajando con supergravedad (maximal) empieza a estudiar en detalle la estructura de loops de esa(s) teoría(s) usando las técnics spinoriales. Y según comenta los cálculos explícitos están hechos hasta 4 loops para todos los grafos posibles y sólo a 5 loops faltan datos Obviamente eso es un auténtico “tour de force”. No comenta nada de los twistors, pero se intuye bastante fácil que si en algún momento hace supergravedad + teorías gauge para la parte gauge los twistors y sus técnicas deben ser de gran ayuuda.

En definitiva, muy interesante, pero desde luego no es algo en lo que yo particularmente quiera profundizar. O, para ser exactos, si dispusiera de mucho mas tiempo si que profundizaría, pero me temo que salvo que algún motivo me obligue a ello tendré que dejarlo estar. Por cierto, si en algún momento encuentro un enlace a las diapositivas (slides) de las conferencias lo pondré por aquí.

Update 2: Ya he visto aproximadamente la mitad de la conferencia de Fabio Zwirner. Es muy, muy diferente a la de Michael Green. Para empezar eta el tema del acento. Por el nombre deduzco que el ponente es Italiano. Par un español resulta mucho mas sencillo hacerse con el acento de este señor que con el de M. Green. Y luego está el punto del nivel de la conferencia. La primera parte de la misma es prácticamente divulgativa. Cualquier que haya leído un libro de divulgación sobre física de partículas (y lo haya asimilado de manera decente) podrá seguirla sin problemas. Nos cuenta los detalles básicos del LHC, de sus dos detectores principales, ATLAS y CMS, y de los secundarios LHC b y Alice y que tipo de cosas buscan cada uno nos explica los conceptos de luminosidad energía de colisión en el centro de masas, etc, etc. Luego analiza los diversos canales por los que se puede explorar nueva física, y algunas comparativias entre el tevatron y el LHC Esto ya es un poco, sólo un poco, mas lioso par el público que venga de divulgación (no sé si los libros de divulgación mencionan cosas como el concepto de partón, que no es que sea especialmente complejo, al contrario, un partón es un nombre genérico para cualquier partícula que haya en el interior de un protón o un neutrón, i.e. un partón puede ser un quark, un antiquark o un gluón). En cualquier caso una conferencia recomendable para casi cualquiera con un mínimo de base en física de partículas por su sencillez y claridad.

El affair WJj bump : D0 rebate los resultados del CDF (y no sólo en ese resultado)

junio 13, 2011

El viernes, como estaba anunciado, D0 publicó sus resultados sobre el WJJ bumb a 150 GeV (WJJ significa un proceso en el que un bosón W+ se desintegra dando lugar a dos jets -chorros- de diversas partículas). El tema ha sido discutido en prácticamente todos los blogs de física españoles e internacionales (ver por ejemplo el post de Jester: D0: no bump.

Estos resultados contradictorios entre ambos detectores de un mismo colisoinador no hacen sino alimentar los problemas que discutí en mi entrada Los problemas de fondo de la física experimental y la fenomenología.

La postura mas extendida, por lo que he visto en los blogs, es aceptar como mas plausible el resultado de D0, argumentando que su metodología es mejor y señalando como posible culpable al detector CDF que debería estar cometiendo un error sistemático (es decir, que no está bien ajustado en algún aspecto). Pero, claro, como mucha gente ha indicado eso crea mas problemas de los que resuelve. Por ejemplo, muchos de los datos de exclusión de rangos de masa dónde le bosón de Higgs puede encontrarse surgen de combinar datos de ambos detectores del tevatrón (D0 y CDF). Si ahora resulta que el CDF tiene algún tipo de error calibración (o de lo que sea) hay que plantearse si esa combinación de datos puede seguir dándose por buena. También tira por tierra la credibilidad del resultado a 3.2 sigmas de significación de la asimetría “adelante-atrás” entre colisiones protón-antiprotón que reporto CDF no hace mucho y que estaba sustentando varios modelos.

El problema de el conflicto entre ambos detectores no se restringe al tevatrón. Automáticamente quedan bajo posible sospecha los posibles nuevos resultados del LHC. Al fin y al cabo los problemas de modelización del fondo de colisiones hadrónicas no sólo persiste en el LHC sino que posiblemente sea más grave debido a las mayores energías de este.

Por todo esto, yo particularmente, estaría muy contento si alguien viniese con un bueno modelo teórico que pudiera justificar ambos resultados a la vez. Es muy difícil porque, para empezar, los datos en sí parecen casi iguales en ambos detectores y la disputa es principalmente sobre el modo de interpretar el fondo que hay detrás de los mismos. Por todos esos motivos los únicos modelos que conozco que intentan justificar ambas mediciones a la vez provienen de lo que cariñosamente llamo “el pelotón chiflado” de la física de partículas.

De un lado tenemos, como no, a Matti Pitkannen y su TGD que, como siempre encuentra una explicación para todo: A TGD based explanation for CDF-D0 discrepancy concerning 150 GeV bump.

De otro tenemos a Marni Dee Sephard: To BE or not to BE. Un punto a favor de lo que argumenta Marni es que no se ha tenido que inventar nada nuevo ad hoc para este resultado sino que parece afirmar que lo enlaza de manera bastante natural con sus ideas de “mirror everythings ” (mirror neutrinos, mirror quarks, etc). No he leído nada de Marni lo bastante a fondo para saber que se supone que es exactamente una partícula mirror en su terminología. Las teorías de Marni en general son bastante exóticas. Usa, no sabría decir si adecuadamente, muchos aspectos de teoria de categorias y geometría algebraica (en principio debería hacerlo bien ya que tiene un curriculum académico correcto para darle credibilidad, pero eso tampoco es garantía por si solo). Un aspecto no del todo común en “el pelotón chiflado” es que las ideas de Marni no son suyas y de nadie más. Por un lado colabora habitualmente con Carl Brannen. Carl es un licenciado en físicas americano que trabaja profeinalmente como operario de grúas. Ha estado escribiendo varios artículos (publicados en la sección abierta del arxiv y en vixra) sobre varios temas, pero principalmente sobre una especie de numerologia extraña sobre una subestructura de los quarks. Marni, si he entendido bien, coge parte de esas ideas y las generaliza usando construcciones algebraicas mas abstractas, y además enmarcándolas en un marco de una presunta gravedad cuántica basada en una teoría cuántica de la información (que nadie me pregunte en que consiste xDD). Los resultados sobre su física de partículas y su gravedad cuánticas los imbrinca dentro de un modelos cosmológico de una amiga suya, Lousie riofrio, y su cosmologia “GM=TC^3”, es decir, basada en una velocidad de la luz variable. Ese tipo de cosmologias con velocidad de la luz variable no son idea únicamente de Louise y han sido consideradas por otra gente (en especial Joao Magueijo). Hay buenos motivos (que son off-topic en esta entrada)para ser muy escépticos sobre ese tipo de teorías, y está en particular parece muy, muy endeble.

Con todo tal vez, sólo tal vez, hay una pequeñísima posibilidad de que se puedan recoger algunos aspectos de las ideas de Marni y embutirlas dentro de teorías más mainstrean. O, esperemos, alguien venga con un mejor modelo para explicar teoricamente esta discrepancia. Si debemos conformarnos con una explicación basada en errores experimentales, pues vale, pero no me gustaría que nadie me llamase para formar parte del equipo que ha formado el tevatrón para intentar explicar la discrepancia ¡Menuda la que se les ha venido encima! ;-).

Update: Pues como decía en la entrada, este resultado adverso posiblemente debiera extenderse a mas resultados del CMS: D0 rejects CDF’s claim on top-antitop mass difference, too

¿Está la comprobación experimental de la teoría de cuerdas a la vuelta de la esquina?

junio 1, 2011

Pudiera ser. De las varias evidencias experimentales a 3 sigmas que estaban por ahí pululando una de ellas ha dado un salto a casi 5 sigmas. Podéis leer un análisis del tema en varios blogs. El primero en reportar la noticia fué el de Jester, resonances, en la entrada CDF Wjj anomalie goes 5 sigmas!!!!. El gráfico clave que corresponde a la anomalía de impacto (una traducción posible de la palabra bump) a 150 GeV es este:

Ese factor de certeza suele tomarse como descubrimiento, pero aún conviene guardar un poco de cautela ya que la fenomenología en los colisionadores hadrónicos es compleja, según comenté en una entrada reciente Los problemas de fondo de la física experimental y la fenomenología. La anomalía podría deberse a un mal modelado del fondo de colisiones QCD, pero leyendo en varios blogs parece ser que se ha hecho un trabajo muy cuidadoso en ese aspecto y está casi descartado. También podría ser algún error sistemático del Tevatron, o más concretamente del detector CDF. En cualquier caso el otro detector del Tevatron, D0 podría confirmar o refutar el descubrimiento. También el detector ATLAS del LHC podría confirmar el descubrimiento mediante el análisis de los datos que ya ha tomado.

Sea como sea con los datos actuales hay motivos mas que suficientes para considerar que el descubrimiento muy probablemente es genuino y que, por consiguiente, toca buscarle explicaciones. Y al tratar de buscarlas tenemos un factor extra que da credibilidad a la noticia. Resulta que hay un tipo de partícula que es de modo natural candidata a corresponderse con ese “impacto” es un vector Z’ leptofóbico. Voy a explicar un poco que es eso. En la teoría electrodébil (la que explica la interacción nuclear débil, la responsable de las desintegraciones del núcleo) tenemos tres bosones de intercambio (los mediadores de la interacción). Estos se denotan como W+, W-, que tiene carga eléctrica positiva y negativa respectivamente, y un bosón Z, que tiene carga eléctrica nula. En teoría de cuerdas, cuando uno hace compactificaciones de las dimensiones adicionales que generen el modelo standard de partículas es muy habitual encontrarse que aparte del modelo standard hay una simetría U(1) extra, que se corresponde con bosones con características muy similares al Z, pero con una mayor masa. Estos son los bosones Z’. Digamos que una de las predicciones mas genéricas de la teoría de cuerdas, en la mayoría de su sus aproximaciones fenomenológicas son este tipo de bosones. Por tanto hallar uno de ellos es un punto a favor de la teoría de cuerdas.

Hay una cosa que no he mencionado del Z’, su carácter “leptofóbico”. Esto viene a decir que se acopla más a los hadrones (partículas que interactúan mediante la interacción nuclear fuerte, la responsable de que los quarks formen protones y neutrones y estos, a su vez los núcleos del átomo) que a los leptones (que sólo interactúan por interacción nuclear débil y electromagnética). El motivo por el que el Z’ debe ser leptofóbico es que antes del tevatrón y el LHC se habían hechó búsquedas de este tipo de bosones y no se habían hallado, con lo cuál había cotas experimentales. Eso sí, las búsquedas previas habían hecho uso de interacciones débiles así que simplemente aduciendo que el bosón Z’ tenga una sección eficaz pequeña bajo ese tipo de fuerzas se salta uno las cotas experimentales.

Ya antes de la confirmación a 5 sigmas llevan haciéndose varios modelos de este evento. Algunas usando modelos de teoría de campos inspirados en teoría de cuerdas del bosón Z’. Otros usando opciones diferentes al Z’ (principalmente modelos con squarks, compañeros supersimétricos de los quarks, o con modelos de technicolor, en los que los quarks a su vez son partículas compuestas). Pero, sin duda, lo más natural es buscar modelos puramente “cuerdísticos” de ese evento. Lubos ha puesto hoy una entrada al respecto: Seeing D-branes at the Tevatron and the LHC.

Uno podría preguntarse por el motivo por el que habla de D-Branas en el título en vez de bosones Z’. La causa es sencilla. Los modelos fenomenológicos de teoría de cuerdas que mas consecuencias pueden tener para la física en el LHC son los basados en lo que se conoce como “braneworlds”. Estos son modelos en los que, dicho de manera muy simplificada, las partículas observadas viven en una D3-Brana y sólo la gravedad puede explorar una o varias dimensiones extra que tiene un tamaño que, sin ser macroscópico, son mucho mas grandes que la longitud de Planck. Este tipo de modelos son los que permiten, entre otras cosas, la posibilidad de agujeros negros en el LHC. Para analizar las características generales de estos modelos, al nivel del tipo de partículas que pueden esperarse, hay un artículo genérico: The LHC String Hunter’s Companion que leí en su momento (antes que Lubos, esta vez me he adelantado a él 😉 ). Basándose en ese tipo de modelos ha aparecido un artículo muy reciente que explicaría este bosón LHC en un formato puramente cuerdístico: Stringy Origin of Tevatron Wjj anomaly.

Aparte de esta anomalía hay por ahí pendiente otra, la de la asimetría “adelante-atrás” (es decir, que el número de eventos de un cierto tipo no es el mismo en las dos direcciones de un choque entre un protón y un antiprotón, el tipo de choques que usa el tevatrón). Hay también algún tipo de modelos que pueden explicar esa anomalía en términos de braneworlds. En general hay varios indicios experimentales separados que favorecen este tipo de modelos. Entre otras cosas esos modelos pueden explicar (en los escenarios tipo Randall-Sundrum) la jerarquía (es decir, a causa de que la masa de las partículas, generada por el higgs, sea mucho menor que la masa de Planck). Para eso las dimensiones extra deberían tener un tamaño que sería observable a las energías del LHC y eso es lo que parece estar sucediendo. Eso sí, no todos los aspectos, ni mucho menos, de esos escenarios serían accesibles al LHC. Dependiendo de los detalles el LHC podría ver sólo algunos de los más sencillos y otros serían observables sólo si se incrementa un poco la energía. Con todo, si la interpretación de este Bump Wjj como un vector Z’ leptofóbico se consolida la teoría de cuerdas tendrá un respaldo experimental muy fuerte, y el LHC podría consolidarla aún más. Y en ese caso todo apunta a que con algo mas de energía (un nuevo colisionador) podríamos explorar muchos detalles de esta.

Aún es pronto para lanzar las campanas al vuelo y abrir las botellas de champagne (o, para otros, de gastarse una paga extra en antidepresivos por haber estado atacando durante años a la teoría de cuerdas). En cualquier caso, sea un efecto cuerdístico o no este Wjj Bump parece ser el primer indicador totalmente serio de física mas allá del modelo standard encontrada en un acelerador. Y, por consiguiente, el descubrimiento mas importante en física de partículas en varias décadas. Todavía es tiempo de ser algo prudentes, pero, por primera vez, es mucho mas probable la nueva física que el hecho de estar ante un error.