La ausencia de señales en el CERN está poniéndo una bella teoría en duda – lo que hace que surgan interpretaciones rivales.
En julio, en una conferencia de física de partículas en Grenoble, Francia, el premio Nobel George Smoot parecía estar canalizando el espíritu de Thomas Huxley. El luchador del siglo 19 campeón de la teoría de Darwin de la evolución por selección natural una vez habló de que "la gran tragedia de la ciencia es el asesinato de una bella hipótesis por un hecho feo". Smoot, un cosmólogo que se dio a conocer en el estudio de la luminiscencia del Big Bang, piensa que esto es sólo el drama jugando en la física de partículas.
La física de partículas tiene una hermosa teoría, conocida como supersimetría. Más de tres décadas se emplearon en su fabricación, su elegante estructura matemática estaba destinada a reemplazar al "modelo estándar", el eminentemente útil, pero a veces chirriante y en algunas partes estéticamente desagradable constructo teórico que es actualmente nuestra mejor descripción del funcionamiento básico de la materia.
La belleza de la supersimetría está ahora encontrándo algunos hechos desagradables que salen desde el "Gran Colisionador de Hadrones, el gigantesco acelerador de partículas situado en el CERN cerca de Ginebra, Suiza. La supersimetría predice una gran cantidad de nuevas partículas, y la mayoría de los cálculos indican que ya deberían haberse comenzado a producirse algunas de ellas en el LHC . Pero no es así. Esto arroja algunas preguntas importantes. Es la supersimetría en realidad la respuesta correcta? Si no lo es, ¿cuál es?
La supersimetría - SUSY para su legión de fanáticos - ha sido siempre vista como una panacea para los males del modelo estándar.De vuelta a la década de 1960, era una de las teorías que iba a hacer que el modelo estándar enfrentara una vergüenza.Este no podía explicar cómo las partículas elementales, tales como los electrones y los quarks los cuales forman los protones y neutrones, obtenían su masa en lo absoluto.
Una tontería, claro. Una solución alternativa, obtenida a partir de varios ángulos, en 1964, postuló de que un campo que todo lo impregna existe con el cual las partículas elementales interactúan de forma diferente, dándo a cada una su masa.Este fué el campo de Higgs, llamado así por uno de sus progenitores, Peter Higgs de la Universidad de Edimburgo, en el Reino Unido.
El mecanismo de Higgs era pulcro, pero creó su propio problema. Pistas experimentales indicaban que la masa del "quantum" del campo de Higgs, el bosón de Higgs, estaba entre unos 114 y 180 gigaelectronvoltios (GeV) - exactamente el rango en el que el LHC está febrilmente buscando la partícula, habiendo hasta el momento sólo tentadores indicios. La teoría, sin embargo hizo que una discrepancia gigante conocida como el problema de la jerarquía se incrementara.
el bosón de Higgs se cree otorga la propiedad de la masa a las otras partículas elementales ( a través de la interacción con su campo),para evitar de que este tenga una masa muy grande como predice el modelo estándar se originaron tres alternativas para solucionar el problema.La primera es que cada partícula tiene una más pesada supercompañera la cual actúa para reducir la masa del Higgs (teoría supersimétrica).La segunda es que el bosón de Higgs está compuesto de más pequeñas partículas las cuales interactúan en menor proporción con el mar de partículas de sus alrededores previniéndo que la masa del Higg se incremente (teoría de technicolor). Y la tercera solución es que el bosón de Higgs y los gravitones (hipotéticas partículas que transmiten la gravedad) viven en diferentes partes de una extra 5ta dimensión limitándo la interacción que otorga al Higgs su masa (teoría extra dimensional de Randall y Sundrum).
La única manera de deshacerse del problema era arreglar provisionalmente varios números esenciales que aparecen en el modelo estándar, los números que fijan, por ejemplo, las intensidades de las fuerzas electromagnética ,la fuerza nuclear fuerte y la fuerza débil que la teoría describe.Si se colocán estos números en la forma correcta se puede controlar a la masa del Higgs.Si se equivocan la teoría resultante tiene consecuencias preocupantes: las masas de las partículas, las intensidades de las fuerzas y en general todo empiezan a salir mal. "Se puede destruir por completo lo que consideramos como las principales características de nuestro universo", dice el físico teórico Sundrum Raman de la Universidad de Maryland en College Park.
SUSY se comprometía a limpiar ese desastre. El precio era un segundo conjunto de partículas, unas compañeras más pesadas para cada particula conocida del modelo estándar. Los quarks tienen a los"squark" como socios, los gluones a los llamados gluinos, y así sucesivamente. Las interacciones de partículas que hicieron a la masa del Higgs tan escandalosamente grande eran limpiamente anuladas tras oponer las interacciones entre el campo de Higgs y estas supercompañeras, elegantemente deshaciéndose del problema de la jerarquía.
La más simples y estéticas formas de SUSY, "los modelos mínimos restringuidos", sólo necesitan unos pocos números cruciales, o parámetros libres, para ofrecer predicciones comprobables. Una de ellas es que los squarks tienen masas por debajo de 1000 GeV, o un teraelectronvolt (TeV), directamente en el alcance de energías de hoy en día del LHC. Puesto que el acelerador, finalmente se puso en marcha en Marzo del 2010 después de una salida en falso en septiembre de 2008, el ha estado operando a sólo la mitad de su energía de diseño. Sin embargo, cada colisión de protones entrega 7 TeV de energía para convertirse en nuevas partículas, por lo que los squarks deberían ser producidos en cantidades abundantes. Eso llevó a una presunción común acerca de las partículas supersimétricas, entre los físicos que trabajan en el LHC: "Si SUSY existe, entonces cuando nos dirigimos a nuestros detectores, iluminarían como árboles de Navidad", dice Vyacheslav Rychkov de la École Normale Supérieure de París,en Francia,.
No lo hicieron. No hay luces de Navidad, y nada como un parpadeo de luciérnaga. ¿Qué ha fallado?
La no presentación invita a una de dos conclusiones. Podría ser que el rostro previamente impecable de SUSY tiene algunas manchas inesperadas. Esa respuesta se ve favorecida por muchos investigadores, entre ellos el físico del CERN Padhi Sanjay, un miembro de la colaboración del Compact Muon Solenoid del LHC (CMS). Señala que la búsqueda de partículas supersimétricas en el LHC hasta la fecha se ha concentrado en la búsqueda del "stop", el squark equivalente del quark top del modelo estándar. Aunque el quark top es el más pesado en el modelo estándar, en la mayoría de las versiones de SUSY, el stop es el más ligero squark. De hecho, una masa del stop muy por debajo de 1 TeV es en la mayoría de los casos una condición previa para que SUSY resuelva el problema de la jerarquía.
En el modelo mínimo restringido de SUSY, los otro squarks no son mucho más pesados. Todos ellos deberían ser producidos en el LHC, con los más pesados desintegrándose en el stop , lo que resultaría en un diluvio de stop que sería difícil pasar por alto - exactamente lo que no se ha visto.
Lo que sugiere un camino a seguir para Padhi. "Debemos tratar de alejarnos de los modelos tradicionales limitados", dice. SUSY no sólo viene en sabores de vainilla, sino de chocolate, pistacho, incluso de chile y ajo: más compleja, y las variantes quizás sean menos apetecible las cuales necesitarán más hipótesis y parámetros libres para hacer que funcionen. Algunas de estas ofrecen valores más altos de las masas de los squark y gluinos en las regiones en que el LHC aún no ha probado, sin dejar de dar una masa del stop que está por debajo de 1 TeV. Si estos modelos son correctos, el LHC habría producido muchos menos squarks más pesado, o tal vez ninguno. Por lo tanto, dice Padhi, sólo tenemos que refinar la búsqueda del stop - buscándolo, por ejemplo, produciéndose directamente, y no como producto de desintegración de algo más pesado.
Si las cosas fueran tan simples, dice Matthias Neubert, un teórico en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, en Alemania. Para empezar, "vamos a tener que explicar por qué el stop es mucho más ligero que los otros squarks de SUSY, y eso no es tan fácil", dice. De repente, se habla de un fino ajuste un revoltijo de parámetros libres en los modelos de supersimetría para obtener los resultados correctos – justo los engaños que SUSY estaba destinada a evitar. "Si usted comienza a hacer supercompañeras más pesadas, entonces SUSYcomienza a lucir más y más parecida al modelo estándar", dice Rychkov. "Está claro que usted está haciendo algo que es un anatema para la motivación original."
Eso invita a una segunda conclusión, más radical. Un cambio de imagen no va a hacer nada por salvar a SUSY. Ya, algunos físicos están desempolvando dos modelos antiguos, en gran parte descontando modelos que ellos piensan podrían reemplazarla.
La primera es la creación de Steven Weinberg de la Universidad de Texas, en Austin, quien ganó un compartido premio Nobel en 1979 por su trabajo en la unificación de las fuerzas electromagnética y nuclear débil, lo que fué un paso crucial hacia el modelo estándar. En el año de su premio, en colaboración con Leonard Susskind de la Universidad de Stanford, sugirió una forma radical de sortear el problema de la jerarquía: sólo tiene que deshacerse del bosón de Higgs (ver aquí).
El punto de partida Weinberg y Susskind fué el rutinario protón.El protón está hecho de quarks unidos por gluones, que median la interacción nuclear fuerte, pero la mayoría de su masa no proviene de los quarks, sino de la energía contenida en los enlaces entre ellos. Estas "interacciones de color" son la expresión de la fuerza nuclear fuerte a las energías bajas del universo actual. Si un mecanismo similar hubiera estado en funcionamiento a las energías mucho más altas de los inicios del universo, Weinberg y Susskind razonaron, eso podría explicar por qué las partículas elementales como los quarks tienen masa, sin mencionar nunca al bosón de Higgs. Era una perspectiva nueva y brillante que llamaron "technicolor".
Pero pronto quedó claro que las matemáticas de la technicolor era tan intratables que hacían muy difícil el extraer predicciones comprobables de ella. Es más, lo poco que hicieron no concuerda bien con los resultados experimentales del Gran Colisionador de Electrones-Positrones (LEP), el acelerador principal del CERN hasta el 2001. Ajustes a la teoría disipan algunos de esos problemas, pero el brillo pronto se apagó de la technicolor.Una alternativa diferente se necesitaba.
A finales de 1990 Raman Sundrum, junto con Lisa Randall de la Universidad de Harvard, sugirieron uno. El problema de la jerarquía tiene que ver en como la inflada masa del Higgs forma las masas de las otras partículas conocidas, pero se puede replantear de otra manera: ¿por qué es la gravedad, la cual no está cubierta por el modelo estándar, mucho más débil que las otras fuerzas? Es, por ejemplo, casi 1034 veces más débil que la fuerza electromagnética. Si la gravedad fuera más fuerte, entonces las partículas que adquieren su masa a través del mecanismo de Higgs serían mucho más pesadas, y el problema de la jerarquía se disiparía. Por el contrario, encontrar una teoría con una explicación construida en por qué la gravedad es tan débil como lo es, y el problema se disuelve.
Las matemáticas de Randall y Sundrum sugirieron una nueva forma de llevar a cabo la debilidad deseada: una quinta dimensión invisible, además de las cuatro de nuestro espacio y tiempo. En esta imagen, nosotros somos como hormigas que viven en la superficie de dos dimensiones de una hoja de papel. Ellas rechazan el todo sin saber que su mundo también tiene una tercera dimensión infinitamente pequeña, del grosor del papel. Los modelos de Randall-Sundrum sugieren que las partículas mediadoras de la gravedad, los gravitones, prefieren llenar una parte de un universo 5D - uno de los lados de una hoja de papel, si se quiere. Los bosones de Higgs, por su parte, residen en "nuestro" lado. Esto limita la interacción de los gravitones con partículas tales como electrones y quarks que obtienen su masa a través del mecanismo de Higgs, y hace que la gravedad aparezca débil en nuestra aproximación 4D del espacio-tiempo. En una vista completa 5D, por su parte, ella es tan fuerte como el resto de las fuerzas.
Aparte de la complicación de una nueva dimensión, pronto se hizo evidente que los modelos de Randall-Sundrum también tenían otras dificultades que les hizo poco viables. Al igual que la supersimetría, los modelos predicen que las conocidas partículas tienen compañeras más pesadas - "resonancias" desde la dimensión superior -, pero éstas serían inferiores a las masas ya descartada por los colisionadores anteriores, como el LEP.
Y así, a falta de un rival fuerte, la supersimetría ha reinado supremo. Ahora, sin embargo, está en problemas. Por lo tanto, la última propuesta de un reemplazo: es la de unificar a la teoría technicolor y los modelos de Randall-Sundrum.
¿Cómo es eso? Todo se remonta a la "correspondencia AdS / CFT", un truco matemático derivado de la teoría de cuerdas por el físico Juan Maldacena, del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey, en 1997. Se mostró como una intratable teoría de interacciones fuertes en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones como el nuestro se puede hacer mucho más manejable mediante la adición de una dimensión extra.
Randall y Sundrum vieron que esto podría formar un puente entre su teoría y la technicolor. "Fuimos los primeros en sentir de que podría haber alguna relación, pero no creo que sabíamos lo que estábamos hablando en el más mínimo detalle", dice Sundrum.Poco después, Maldacena sugirió una conexión entre las dos teorías, y otros comenzaron con entusiasmo a trabajar en los detalles.
En el 2001, había sido en gran medida establecido. Que la más prometedora teoria - technicolor que aún no había sido descartada por los datos no se deshace por completo del Higgs, pero dice que no es una partícula elemental. Por el contrario, es un compuesto de otras nuevas partículas elementales, un "estado asociado" más bien como un protón que es en realidad un manojo de quarks y gluones unidos.
Esta teoría todavía es difícil de manejar en su convencional, forma cuadridimensional.La correspondencia de Malcadena proporciona un análogo de Randall-Sundrum que es más fácil de tratar, pero invoca una quinta dimensión. Neubert piensa que la relación matemática hace de este un problema menor. "Cuando la gente habla acerca de estos modelos de Randall-Sundrum dice, '¿de verdad creen que hay una quinta dimensión? pueden obtener dos respuestas diferentes ", dice. "Sí, se puede tener una quinta dimensión. Pero también se puede decir que es una herramienta matemática para describir las teorías de tecnicolor. Es una y la misma cosa."
Usted puede ver la atracción. Después de un año de colisión de protones, el LHC no ha creado partículas supersimétricas, y apenas un signo de un convencional bosón de Higgs. Una teoría viable como technicolor que no necesita a ninguno de ellos de repente se convierte en atractiva.
Y si usted toma sus variantes de cuatro o cinco dimensiones, hace predicciones que el LHC debería ser capaz de poner a prueba. La compuesta partículas de Higgs predicha por algunos modelos technicolor- se cree que tiene una masa de entre 115 y 145 GeV, al alcance del LHC. Debería ser un caso de sesgo la búsqueda para buscar los productos de su desintegración, en lugar de aquellos de los convencionales del Higgs. Los modelos extra-dimensionales predicen más pesadas resonancias de las partículas conocidas con masas mayores a 1 TeV. Encontrar cualquiera de estas partículas sería un gran impulso para tales ideas.
No es que todo sea una conclusión predestinada. El ajuste fino todavía será necesario para hacer que cualquier teoría se ajuste a los datos. Y como Padhi señala, SUSY podría hacer una reaparición, si el LHC encuentra al squark stop con una masa de menos de 1 TeV, producido directamente y no como un producto de la desintegración de los más pesados squarks. "Desde el punto de vista experimental, lo que suceda con el ajuste fino, a quién le importa", dice Padhi. "Tenemos que asegurarnos de que no erramos en algo, si la teoría está de acuerdo o no".
Smoot también piensa así: la lección es que los investigadores en el LHC tendrán que echar sus redes en general. "Estamos dirigidos por teóricos que, cuando no tienen datos bloquean un hermoso modelo", dijo en Grenoble.
La esperanza y la expectativa es que en el próximo año,el gigante del CERN debería encontrar algo - cualquier cosa - que señale el camino hacia una teoría más reciente y más grande de la materia. Cada irregularidad, cada incongruencia es estudiada minuciosamente. Descubrimientos recientes como el de un desequilibrio inesperado en las tasas de decaimiento de partículas en un experimento del LHC, el LHCb, tienen a los teóricos afilándo sus lápices con interpretaciones rivales . ¿Es SUSY? O algo más?Con SUSY, existen pocas certezas, y las palabras de Huxley nunca podría haber sonado más ciertas. Sundrum se encoge de hombros. Cualquiera que sea lo que el LHC encuentre, dice, "Sólo le pido que sea interesante".
fuente de la información:
http://www.newscientist.com/article/mg21228421.400-the-truth-hurts-lhc-breaks-supersymmetrys-beauty.html
