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

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.

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5 comentarios to “¿Está la comprobación experimental de la teoría de cuerdas a la vuelta de la esquina?”

  1. ¿Está la comprobación experimental de la teoría de cuerdas a la vuelta de la esquina? Says:

    […] ¿Está la comprobación experimental de la teoría de cuerdas a la vuelta de la esquina? freelancescience.wordpress.com/2011/06/01/504/  por AbuelaManuela hace 2 segundos […]

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  5. mario Says:

    creo que de aqui a no menos de 10 años se comprobara experimentalmente la string theory

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