Posts Tagged ‘Partículas elementales’

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

julio 20, 2011

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 ;).

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

Rumores de la caleta

abril 26, 2011

Curiosa interpretación del conocido tema de Albeniz.

El resto del post no va a estar dedicado a la música, sino a la física. Lo digo por si alguien ha llegado a esta entrada buscando un análisis musical o algo similar.

El título obedece que voy a hablar sobre rumores, rumores sobre posibles nuevas partículas. En las ultimas semanas se ha producido un aluvión de posibles observaciones de nuevas partículas mas allá del modelo standard.

La evidencia mas sólida hasta ahora es un resultado a 3.2 sigmas de una anomalía “Backward-forward” en el tevatron. Después vino un aviso sobre la posible existencia de un bosón Z’ leptofóbico (o cualquier otra cosa que explique una anomalía en eventos dijet observados en el tevatrón). A finales de semana pasada tuvimos una filtración de alguien trabajando en el observador ATLAS del LHC comentando que parecía haber algo, parecido a un Higgs a unos 113’5 GeV a una evidencia de 4 sigmas. Y digo parecido porque los Higgs convencionales del modelo standard y de su versión supersimétrica mínima no deberían observarse tantos eventos de una desintegración en dos fotones como se observó. Lo que quiera que este ahí tiene una sección eficaz 30 veces mas alta en ese canal. O no, porque tal vez estén evaluando mal el background. Lo mismo se puede aplicar al caso del Z’.

Hoy, para rematar la faena, nos amanecemos con el anuncio de que tal vez haya indicios de un nuevo quark perteneciente a una cuarta familia, que es algo aparentemente casi excluido por consideraciones cosmológicas.

Imagino que alguien se preguntará porque no dejo enlaces a los artículos y blogs que comentan esos rumores. En parte es por pereza. Pero también porque puede llegar a ser un poco frustrante tanto “casi”. En particular si lo combinamos con los resultados confusos de la búsqueda de materia oscura con resultados tanto positivos como negativos que aparentemente se contradicen.

En definitiva, dejo constancia de la existencia de todo esto para que si hay algún despistado que no se había enterado indague en los blogs habituales sobre estos cuasidescubrimientos. Yo de momento me siento un tanto desbordado con tanto posible “fundón” (partícula que “casi” se descubre cuando los equipos experimentales buscan financiación) y prefiero esperar a que haya algo confirmado.

Posible evidencia a 3 sigmas de un Higgs supersimétrico.. o no.

diciembre 13, 2010

Una nota muy rápida para salir del abandono en que esta el blog.

Esta semana, y en la siguiente, se anuncian en diversos congresos los resultados del análisis de los datos, al menos una parte de ellos, almacenados hasta ahora en el LHC.

Bien, como está impaciente y esta deseando verificar si hay o no indicios de la supersimetría Lubos ha hecho por su cuenta un análisis combinado de los datos del Tevatron y datos anteriores del LHC y ha encontrado evidencia a 3 sigmas de un bosón de Higgs supersimétrico. Podeis leer los detalles aquí:

Michigan: combined Tevatron sees 3-sigma MSSM Higgs bbb excess

Os rec uerdo que Lubos fué durante unos años profesor asistente de física teórica en Harward y que durante su vida académica publicó un considerable número de artículos, principalmente en teoría de supercuerdas. Hace unos años salió de Harward por motivos no completamente esclarecidos, pero que posiblemente sean una combinación de los excesos dialécticos en su blog y de una beligerancia por su parte contra algunas prácticas en Harward que él considera excesivamente plegadas a una ultracorrección política.

Sea como sea desde que salió de Harward ya no publica en revistas (ni en el arxiv) y se limita a exponer las ideas en su blog. Él argumenta que su blog tiene mas repercusión que el arxiv y las revistas, y que no le merece la pena publicar. Sea como sea su competencia como físico está fuera de toda duda, y por tanto lo que afirma es algo que debe ser tenido en consideración, aunque, desde luego, no es un resultado firme (ni el mismo pretende que lo sea).

Como quiera que sea la posibilidad de que se descubrieran a la vez el Higgs y la supersimetría sería algo espectacular. De momento mucha cautela, y, sobre todo, a estar atentos a lo que nos vayan diciendo en las conferencias la gente del LHC.

Por cierto, desde el día 6 el LHC está cerrado para mantenimiento, según lo previsto. Si quereis leer los planes sobre su futuro podéis hacerlo en el blog de vixra:

LHC Plans for 2011

ACTUALIZACIÖN

Ya se han producido unas cuantas conferencias y hay nuevos datos. De un lado en el artículo

Search for Microscopic Black Hole Signatures at the Large Hadron Collider publicado por la colaboración del CMS se ha analizado, con resultados negativos, la posible creación de agujeros negros en el LHC que era una posibilidad que había surgió en los escenarios fenomenológicos tipo Randall-Sumdrum de dimensiones wrapped (algo así como enroscadas). Por lo visto ese análisis se basa en buscar cierto tipo de señales y no todos los teóricos creen que esas señales sean las que verdaderamente cabría esperar para ese tipo de agujeros negros.

El otro resultado hace referencia a la supersimetría y lo que se ha obtenido es un nuevo límite de exclusión bastante amplio para partículas con masa de hasta casi 650 GeV, con excepción de una pequeña región que Lubos ha bautizado como “isla índia de supervivencia supersimétrica” por aquello de que los autores del artículo en donde se propne el modelo en cuestión esta escrito por físicos indios. Podeis leer su análisis en su entrada de blog: SUSY: CMS exclusion limits way beyond Tevatron but lower than expected

Un pdf con los slides de una de las conferencias podéis encontrarlo aquí.

Es de suponer que sobre ambos temas habrá en el futuro bastantes artículos profundizando en las consecuencias de esos datos. Yo intentaré durante estas inminentes vacaciones señalar unos cuantos aspectos sobre ellos.