Corrientes de cambio de sabor observadas en el CDF a 5.4 sigmas de significación

Con el detector CDF del tevatrón estamos ante un típico caso del efecto “que viene el lobo”.

Lo digo porque, como se publico en este blog, hace unas semanas había lanzado a bombo y platillo un resultado dónde afirmaba haber visto a 4.1 sigmas un “Wjj bump”, indicativo casi inequívoco de nueva física. Ese dato se sumaba a otro, el anuncio a 3.2 sigmas de una anomalía “backward -forward” de cierto tipo de eventos en colisiones protón-antiprotón. Todas esas observaciones quedaron refutadas por el otro observatorio del tevatrón, el D0.

Por ese motivo cualquier resultado proveniente del CDF se mira con escepticismo. Sólo eso puede explicar que Tomassso Dorigo haya anunciado en su blog el nuevo resultado del que hablo en esta entrada hace dos horas (al momento de escribir esta entrada) y aún no tenga ningún comentario en su blog.

El resultado en cuestión es el hallazgo de una corriente de cambio de sabor en un canal concreto: la desintegración de una partícula Lambda b barión (formada por un quark up, uno down y otro bottom) en un par muón/antimuón y otro barión mas sencillo. Este tipo de procesos son indicativos de nueva física más allá del modelo standard.

Las corrientes de cambio de sabor son, genéricamente, procesos en los que un quark de un sabor se transforma en otro quark de otro sabor. Recordemos que los quarks son los constituyentes de los protones y neutrones, así como de otras muchas partículas nucleares creadas en aceleradores por primera vez en los años 40 y 50. Esa retahíla de partículas fué organizada por Murray-Gellman como combinaciones de Quarks. Gellman dedujo sus resultados usando teoría de grupos en su famoso artículo “the eighfold way” en el que mostro que usando el grupo SU(3) podía hacer corresponder la mayoría de esas partículas observadas como representaciones varias del grupo SU(3). La representación fundamental de ese grupo, de dimensión 3, estaba dada por tres estados, los quarks, up, down y strange (u, d, s) y la conjugada de esa representación fundamental por los correspondientes antiquarks. Gellman introdujo la terminología de sabores para distinguir esos quarks. Es decir, que lo que distinguía un quark de otro era el “sabor”. En su trabajo inicial había, como he dicho, tres sabores. Posteriormente se añadieron otros tres sabores (otros tres quarks) el charm, el botton y el up. Realmente la teoría de grupos funciona bien para clasificar las partículas formadas por los tres primeros quarks. Debo decir que las simetrías de ese grupo SU(3) no eran exactas sino aproximadas. Había pequeñas diferencias de masa entre todos los bariones (resonancias, mesones, etc) que estaban en una representación dada. Pero era lo bastante insignificante para no ser significativa. Sin embargo los intentos de usar grupos mas grandes para incluir los nuevos quarks y clasificar las partículas mas pesadas fueron infructuosos.

Realmente, a día de hoy, la visión de esto de los sabores es en cierto modo ligeramente distinta. Lo que vemos son familias. En la primera familia, la más ligera, están los quarks up y down. En la siguiente familia los charm y strange. En la última, y más pesada, los up y bottom. Excepto por la masa las características de los quarks correspondiente son iguales. Correspondientes a las familias de quarks están las familias leptónicas dónde tenemos los leptones (partículas que no interaccionan por la fuerza nuclear fuerte y en consecuencia no forman parte de los núcleos) con sus correspondientes neutrinos. En concreto tenemos electrón y neutrino electrónico, muón y neutrino muónico y tauón y neutrino tauónico.

En el modelo standard de partículas, el famoso SU(3)xSU(2)xU(1) no hay ningún proceso que a nivel de árbol transforme un quark de una familia en uno de otra (o en terminología de sabores, que cambie su sabor). Sólo en procesos que incluyen loops (es decir, que la partícula virtual mediadora de las interacciones entre partículas a su vez se transforme en un par partícula-antipartícula virtual a medio camino y luego vuelva a crearse la partícula mediadora original) puede suceder uno de esos procesos. Los procesos a un loop (o superiores) modifican muy poco las probabilidades y en el modelo standard la posibilidad de un evento de cambio de color es insignificante. Sin embargo en otros modelos de física más allá del modelo standard (modelos de unificación SU(5), modelos supersimétricos, modelos fenomenológicos inspirados en cuerdas) si tienden a salir ese tipo de procesos (debidos si mal no recuerdo a operadores de dimensión 5 o superior) y hay que jugar con los modelos, si se puede, para cancelar esos procesos. Un caso famoso es el de la unificación SU(5) original en la que esos procesos serían responsables de un ritmo de desintegración del protón mayor de lo que se observó tras la publicación del modelo y que llevó a la refutación del mismo y a la necesidad de crear variantes del original.

Y ahí está la clave de ese artículo. Que en uno de los canales dónde es razonable buscar un proceso de cambio de color en un quark han encontrado que el número de eventos encontrados, 24, es mucho mayor de lo que predice el modelo standard en procesos a un loop. Es decir, que han encontrado una evidencia estadisticamente abrumadora de un nuevo tipo de física del tipo que uno razonablemente podría esperarse hallar.

El problema, como dije, es la credibilidad del CDF. Sino a estas horas mucha gente estaría celebrando con Champán el gran hallazgo. Pero tal como están las cosas imagino que toca esperar a ver si D0 ve algo similar. No sé los detalles del LHC, pero imagino que también debería ser capaz de observar algo similar. En definitiva, otra vez a esperar. De momento, si alguien quiere profundizar, puee leerse el artículo en arxiv: Observation of the Baryonic Flavor-Changing Neutral Current Decay Lambda_b to Lambda mu+ mu- y también estar atento a la charla en directo dónde anunciarán a bombo y platillo el descubrimiento: Fermilab Live Video Streams

Para quienes gusten de los dibujitos dejo el gráfico que se corresponde al hallazgo:

Por cierto, hablando del LHC. Hoy ha empezado la reunión EPS 2011. Podéis ver pdfs de algunas de las charlas que se van a dar aquí: Europhysics Conference on High-Energy Physics 2011. En esas charlas se anunciará el análisis de los datos obtenidos por el LHC hasta ahora (algunas charlas analizan hasta 1.2 fentobans inversos. Es posible que en alguna de esas charlas se puedan anunciar descubrimientos importantes ya que la cantidad de datos reunidos es lo bastante importante como para que las expectativas sean favorables. Obviamente seguiré con atención esas charlas y si tengo ocasión dejaré recado de lo más importante que se anuncie ;).

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Una respuesta to “Corrientes de cambio de sabor observadas en el CDF a 5.4 sigmas de significación”

  1. Marcelino Canto López Says:

    Hola, me interesa mucho tu blog. ¿como puedo hacerme seguidor para estar al dia de tus publicaciones?

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