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¿Nueva partícula elemental?

Área: Física — jueves, 7 de abril de 2011

Unos resultados preliminares apuntan a una nueva partícula no predicha por el modelo estándar de partículas.

Foto
Detector CDF del Tevatron. Fuente: Reidar Hahn, Fermilab.

Parece que en la competición entablada recientemente entre el LHC y el Tevatron se salda de momento con una pequeña victoria del segundo sobre el primero. Recientemente se ha publicado un resultado preliminar en ArXiv por parte de los chicos del Fermilab que habla de la existencia de una posible nueva fuerza o nueva partícula en la Física de altas energías. La noticia se está propagando por los medios, pero falta aún confirmación, ya que los resultados podrían ser producto de errores en el modelado de los datos en el detector CDF, detector que como otros del mismo tipo es bastante complejo. La sospecha viene de que la energía a la que opera el Tevatron no es muy alta y esta supuesta nueva partícula debía de haberse manifestado antes, siendo inexplicable que se haya pasado por alto hasta ahora.
Recordemos que la identificación de una nueva partícula se realiza generalmente a partir de las señales que dejan en el detector las partículas que son subproducto de su desintegración. Para poder crear partículas pesadas se necesita energías lo suficientemente altas en un punto y esperar que esa energía se transforme en la partícula deseada. Esto se consigue haciendo chocar dos partículas a velocidad relativista en un punto situado en el centro del detector.
Con la antigua generación de aceleradores se generaron todas las partículas del modelo estándar (salvo el Higgs) y para generar las nuevas partículas hipotéticas que predicen otras teorías propuestas o una física desconocida se construyó el LHC y se mejoró el Tevatron.
En este caso se han analizado datos procedentes de colisiones que deben de producir el bosón W (el mediador de la fuerza débil) que pesa 87 veces más que un protón y que rápidamente se desintegra en chorros de otras partículas. Partículas que producen pares quark-antiquark que terminan formando mesones y/o leptones como puedan ser electrones o muones. Calculando las masas y energías de todos estos subproductos se puede inferir la masa la partícula original que produjo esos chorros y que fue creada en la colisión.
En esos experimentos de producción de W han buscado eventos en los que la energía no se correspondería con la masa de estas partículas. Pues bien, parece que los investigadores del experimento CDF, entre un montón de sucesos corrientes correspondientes a sucesos que generan W, han registrado 250 eventos en los que los chorros corresponden a una partícula con una masa equivalente a 160 veces la del protón, unos 144 GeV/c2. Esta señal correspondiente a unos 144 GeV consiste en un leptón y un par de chorros de partículas, pero no hay predicciones de los modelos de partículas al uso que predigan con seguridad algo a esa masa.
La estadística conseguida hasta ahora dice que la probabilidad de que al azar se produzca algo así es de 1 en 1300, pero aún cabe dentro de lo posible que no sea más que una fluctuación estadística.
De momento, la cosa no está muy clara y habrá que esperar a tener más datos para poder afirmar que hay una nueva partícula no descrita por el modelo estándar. El análisis de este tipo de chorros es muy complicado y la estadística es de momento baja para lo que se considera aceptable en este tipo de situaciones.
Podría darse el caso de eventos en los que se produjeran simultáneamente dos bosones W o un par W-Z, lo que daría cuenta de sucesos a 80 GeV. Al parecer se han registrado eventos de ese tipo.
En todo caso, con el paso del tiempo, o bien se confirmará el resultado o definitivamente se descartará. Ya se está analizando otro conjunto de datos del mismo tipo registrados en el CDF. Pero quizás se obtengan datos más precisos, o al menos complementarios, en el detector D0, que ya ha generado un conjunto de datos tan grande como el CDF y se espera la publicación de de los mismos en cuestión de semanas. Si la nueva partícula existe también sería visible en el D0. Al parecer todo esto se dilucidará en cuestión de unos meses.
Si finalmente se confirma la existencia de esta partícula parece que no sería el esperado Higgs (partícula o partículas que dotaría de masa al resto de las partículas), porque su comportamiento no es el que cabría esperar del Higgs, aunque se ha propuesto su existencia en una gama de energía en la que entraría también esa masa los propios resultados del Tevatron ya lo habían descartado.
“La única cosa que sabemos seguro es que no es el Higgs”, dice Giovanni Punzi, físico que está analizando los datos del Fermilab y portavoz del grupo.
En todo caso, esa posible nueva partícula abriría una nueva puerta en el mundo de la Física de Altas Energías. Algo más profundo habría por ahí que quizás el LHC revele pronto. Ya se ha propuesto un nuevo bosón vectorial electrodébil Z′ con una masa aproximada entre 140-150 GeV/c2 para explicar estos resultados.
O puede que los del Fermilab simplemente están confundiendo los deseos con la realidad.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3456

Fuentes y referencias:
Noticia en Science.
Artículo en ArXiv.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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10 Comentarios

  1. lluís:

    Ese “algo más profundo habría por ahí..”, ¿se refiere a la existencia de una supuesta nueva fuerza?.Algunas veces se ha especulado con la probable existencia de una quinta fuerza; como sea tendremos que esperar a ver que pasa y si en el fondo no estamos una vez más ante un problema de medidas.

  2. NeoFronteras:

    Lo malo de las Física de Partículas es que los experimentos se diseñan presuponiendo una determinada física de partículas y esto tiene sus inconvenientes.

  3. NeoFronteras:

    Estimado LLuís:
    Pues se está especulando con que esos eventos serían la manifestación de una quinta fuerza definida por la teoría Tecnicolor (la idea original es de 1978), una especie de fuerza fuerte que operaría a muy alta energía.
    El Tecnicolor vendría junto a un nuevo conjunto de partículas y en concreto una de ellas sería el techni-rho que sería la partícula “observada” en estos eventos.
    Según algunos el Tecnicolor permitiría dotar de masa a las partículas sin necesidad del Higgs.
    Es de esperar que todos quieran apuntarse un tanto y decir que los resultados corresponden a su teoría. Habrá que esperar esos meses a ver si por lo menos el fenómeno es real, aunque los físicos implicados en el descubrimiento están seguros de que es auténtico.

    Independientemente de la existencia o no del Tecnicolor ahí va una apuesta: el Higgs no existe.

  4. Atanasio:

    Precisamente creo que en el comentario de Neo (no. 2) hay una clave muy importante para comprender ese hipotético “algo más profundo que podría haber por ahí…”. Suelo distinguir la Mecánica Clásica de la Cuántica con esta disyuntiva: “En la Clásica, lo que no está permitido está prohibido; en la Cuántica, lo que no está prohibido está permitido” (no sé si la aprendí de alguien o también se me ocurrió). Así que cómo diseñemos nuestros experimentos es trascendental en el último caso: puesto que las cosas no prohibidas parecen increíbles(de la superconductividad a la teleportación, pasando por la existencia de los contrafácticos), la Física ha pasado de ocuparse propiamente de cómo concebir el comportamiento de lo existente a ocuparse de la existencia de los comportamientos concebibles (comportamientos de la realidad física, quiero decir): hoy nos lleva mucho más allá de calcular y nos pone sistemáticamente a imaginar y “crear nuevas formas de realidad física” en el laboratorio. (En términos de Leibniz, pasa de ser un Ars ludicandi -una disciplina normativa- a ser un Ars inveniendi -una disciplina heurística o creativa-, capaz en verdad de crear o sintetizar desde la raíz nuevas y originales formas de la “materialidad”). Esto implica que en los casos de encontrar un fenómeno inesperado -por ejemplo, una partícula- o de no hallar uno esperado, la Mecánica Clásica se vería falseada; no así la Cuántica, que sólo se mostraría incompleta, o ni siquiera eso. (Esto me hace dudar de que el criterio popperiano de “cientificidad”, aplicable sólo a teorías que se pretenden suficientes y no sólo necesarias -como las clásicas- sea pertinente para la Cuántica en un sentido estricto).

    En otras palabras, el proyecto “Mendeleiev” de la física de partículas bien pudiera estar agotado. Desde esta perspectiva, la Teoría cuántica de la información ofrece un enfoque mucho más apropiado para re-pensar la Física fundamental (y es por eso que ha pasado con los años de ser una aplicación de la Mecánica cuántica -en la teoría de la computabilidad- a postularse como un verdadero marco teórico alternativo). En esta línea de pensamiento, estoy convencido -y tengo muchas más razones firmes para ello- de que la estructura formal de la Física teórica del futuro será más de tipo lógico que matemático; y en ese sentido no cabría esperar, por ejemplo, éxito en el intento de lograr un inventario exhaustivo de las partículas elementales, y ni siquiera de unas “reglas generatrices”, tal como pretende el modelo estándar: clasificar las partículas no sería más fundamental que elaborar el catálogo de los experimentos posibles tal como en la teoría de la computación, por medio de la máquina de Turing, pueden teóricamente catalogarse en un conjunto numerable -pero potencialmente infinito- los programas concebibles. Y podríamos así simplemente hallarnos fente a la versión física del teorema de Gödel: siempre existirán hechos que hallaremos ciertos que no se podrán derivar analíticamente -ni siquiera a posteriori- de teorías preexistentes (y sin que esa “impredicibilidad” invalide a éstas). Así que lo importante de estos descubrimientos y no-descubrimientos sea a larga, quizá, que no serán tan importantes, tal como para la teoría de la computación no lo es el que alguien escriba un programa nuevo. Pero, como siempre: habrá que verlo…

  5. Emmanuel:

    Con respecto al comentario 3 de Neo, precisamente en la frase “Según algunos el Tecnicolor permitiría dotar de masa a las partículas sin necesidad del Higgs.”, actualemente estoy estudiando la produccion de masas apartir del mecanismo Higgs y me interesaria mucho si me puedes facilitar articulos referentes a este desarrolo matemático.
    mi correo es emmanueldiaz10@gmail.com

  6. tomás:

    Estimado Atanasio: Resumes in extenso, todas las inquietudes y desasosiegos que me produce la física de partículas elementales, lo que es muy de agradecer. En mi situación de permanente asombro sólo puedo esperar a ver que pasa.
    Un afectuoso saludo.

  7. NeoFronteras:

    Estimado Emmanuel:

    El artículo original de Higgs es este:
    P. W. Higgs Physics Letters 12 132 (1964).

    Aunque quizás le sea suficiente la entrada en Wikipedia:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_mechanism

  8. NeoFronteras:

    Estimado Atanasio:
    Dicen por ahí que uno de los 10 mandamientos del científico responsables es el siguiente:

    No mencionarás en nombre de Gödel en vano.

  9. Atanasio:

    Apreciado Neo: espero no haberlo hecho (sonrisa)…

  10. lluís:

    Muchas gracias por esa información Neo.No he leído mucho acerca de esa teoría “en” Tecnicolor,pero había oído hablar de esa supuesta fuerza fuerte que operaría a muy alta energía y que constituiría la quinta de las fuerzas.En cuanto a la apuesta, voy a recordarla.¿Por cierto, alguna hipótesis para esa no existencia del “Higgs”?
    Saludos.

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