"el descubrimiento de la partícula es un comienzo, no un fin"
Un bosón recien vislumbrado está propiciando la celebración en todo el mundo, pero la partícula sin embargo, podría romper el modelo al cual se le acredíta completar. O al menos la mayoría de los físicos lo esperan.
figura nº 1 ,si el bosón de Higgs es más exótico de lo que el modelo estándar predice,el podría darnos indicios acerca de enigmas como la materia oscura.Crédito.Andy Gilmore.
Aunque vista por fin, muchas de las propiedades de la nueva partícula – la cual se cree es el bosón de Higgs, o al menos algo parecido - aún no se han probado. Es más, la firma reveladora que ella deja en los detectores en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) no coincide exactamente con lo que predice el modelo estándar de física de partículas,el cual es la principal explicación de las partículas conocidas y las fuerzas que actúan sobre ellas. Por lo tanto, es posible que la nueva partícula sea algo mucho más exótico, como un miembro de un modelo más completo del universo, que incluye las entidades misteriosas de la materia oscura y la gravedad. Que pondría fin a la supremacía del modelo estándar, pero también sería un motivo de celebración aún mayor que el descubrimiento del propio Higgs.
"Muchos de mis colegas y yo creemos que este descubrimiento puede marcar el principio del fin del modelo estándar", dice Georg Weiglein del German Electron Synchotron research centre (DESY) de Hamburgo. "Tal vez estas pequeñas desviaciones del modelo estándar realmente refuerzan una desviación significativa. Tal vez una vez que hagamos esto más preciso con más datos, veremos que este no es el bosón de Higgs del Modelo Estándar".
Entusiastas aplausos y silbidos llenaron el auditorio del CERN, cerca de Ginebra, Suiza, cuando las cabezas de los dos experimentos del LHC presentaron sus descubrimientos de la partícula, el 4 de julio. Tanto Joe Incandela del CMS y Fabiola Gianotti del ATLAS reportaron haber visto los excesos de partículas que se ajustan al perfil de un bosón de Higgs, con masas de 125 y 126 gigaelectronvoltios (GeV), respectivamente. (En la física de partículas la energía y la masa son intercambiables).
El bosón de Higgs no se limita a completar el modelo estándar, sino que también tiene un papel clave en la naturaleza de la materia misma, como el componente fundamental del campo de Higgs. De acuerdo con el modelo estándar, todas las partículas deben pasar por esta entidad omnipresente. Algunas, como el fotón, se deslizan a través sin trabas – por lo que no tienen masa. Otros son ralentizadas, resultando en la masa. "Este bosón es una cosa muy profunda", dice Incandela. "Encarna la sustancia a las otras partículas que existen".
figura nº 2 ,el sorprendente comportamiento de la nueva partícula ayudará a probar teorías que trascienden los límites del modelo estándar de física de partículas.Crédito.Newsncientist.
Ante los rumores y filtraciones que condujeron a la convocatoria-y el conocimiento de que un descubrimiento, era en principio posible, dados los datos recogidos - el descubrimiento de la partícula no fue una completa sorpresa. Sorprende, sin embargo,que tanto el ATLAS y CMS reivindiquen 5 sigma de confianza en el resultado, equivalente a un 5 en 10 millones de posibilidades de que las lecturas se podrían haber creado por procesos de fondo en el detector. La cifra superó el mejor de los resultados esperados. "Creo que lo tenemos", concluyó Rolf-Dieter Heuer, director general del CERN.
La discusión rápidamente se trasladó a qué exactamente era "eso". El bosón de Higgs no se había vislumbrado directamente - pero a través de su descomposición en una plétora de otras partículas fue más fácilmente reconocido por los detectores del LHC.
El modelo estándar predice la tasa a la cual un Higgs de una masa dada debe decaer en estas partículas. Sin embargo, las tasas reportadas de la nueva partícula no coinciden exactamente con lo que se prevé para una masa de alrededor de 125 GeV (ver figura nº3). Las anomalías podrían desaparecer, con la producción de un bosón de Higgs del Modelo Estándar – o ellas podrían crecer. La mayoría de los físicos esperan lo último.
figura nº 3 ,el modelo estándar predice la tasa a la cual el Higgs debería desintegrarse en 5 tipos de partículas.La desintegración del nuevo bosón descubierto no se corresponde con lo esperado.Crédito.Newscientist.
Está claro que el modelo estándar no es suficiente, sobre todo porque no puede explicar el 80 por ciento de la materia en nuestra galaxia - la materia oscura - y no hace mención de la gravedad (ver "¿Se puede dividir el bosón de Higgs?"). Un bosón de Higgs no del modelo estándar sería una gran pista sobre cuál de las muchas propuestas de ampliación del modelo estándar es una descripción correcta de la realidad.
Steven Weinberg, ganador de un premio Nobel en 1979 por el trabajo teórico sobre las partículas elementales, ya ha dicho que sería una "pesadilla" si el bosón de Higgs que se descubrió perfectamente cumplía con sus deberes según lo establecido por el modelo estándar y no hacía nada más. Esta partícula no nos daría pistas sobre lo que viene. "Es crucial para seguir buscando pistas sobre una teoría más completa", dijo tras el anuncio.
Afortunadamente, hay varias lagunas en los datos presentados la semana pasada que todavía podrían convertir la pesadilla en un sueño. Las conversaciones con los físicos del ATLAS y CMS en la Conferencia Internacional sobre Física de Altas Energías (ICHEP), que comenzó en Melbourne, Australia, directamente después del anuncio del CERN, y el aluvión de artículos que aparecen en el servidor de preimpresión arXiv desde el anuncio, sugieren que hay motivos para un optimismo cauto.
De acuerdo con el modelo estándar, un bosón de Higgs de alrededor de 125 GeV debería decaer en partículas tau alrededor de seis por ciento de las veces, pero parece que lo está haciendo mucho menos que eso. En el seminario de la semana pasada, el equipo del CMS informó que no hubo exceso en la producción de tau más allá de lo esperado debido a los procesos de fondo. El ATLAS, por su parte, no dio a conocer ningún dato concreto sobre la producción de tau. "Creo que esto es una cosa muy interesante, que tal vez está tratando de decirnos algo ya ", dice Albert De Roeck del CMS. "Es una especie de juego realmente extraño lo que está pasando allí", dice Paul Jackson, del ATLAS. "Si esto continúa así, sin duda no es un bosón de Higgs".
figura nº4 , guía para reconocer al bosón de Higgs al seguirla paso a paso podremos saber si la nueva partícula descubierta es la que predice el modelo estándar o se trata de otra bestia.Crédito.Newscientist.
¿Qué otra cosa podría ser? Sólo dos tipos de partículas elementales se sabe que existen: los fermiones, que constituyen la materia e incluye a los electrones, quarks y neutrinos, y los bosones, que son portadores de fuerza e incluyen a los fotones y los bosones W y Z. De acuerdo con el modelo estándar, el campo de Higgs es el responsable de la masa de todos los fermiones y bosones. Pero los taus son fermiones - y si el bosón de Higgs no está decayéndo en Taus, es probable que no esté dándoles la masa. ¿Podría el bosón de Higgs sólo dar masa a los bosones?
De Roeck cree que podría ser el caso. Señala que cuando Peter Higgs y otros vinieron con la teoría en la década de 1960, el mecanismo de Higgs fue diseñado sólo para explicar la masa de los bosones. No fue sino hasta más tarde que el mecanismo se extendió a todas las demás partículas portadoras de masa, como una simplificación, dice. "Así que tal vez el bosón de Higgs está haciendo lo que debería hacer."
Eso es interesante, porque entonces se necesita algo más para dar masa a los fermiones, una posibilidad que comienza a sonar mucho es una extensión hipotética pero elegante matemáticamente para el modelo estándar llamada supersimetría. Esta teoría propone una serie de nuevas partículas y supercompañeras para resolver los diversos fenómenos que el modelo estándar no puede hacer frente, incluyendo la materia oscura y una contradicción espinosa conocida como el problema de la jerarquía. La supersimetría especifica un mínimo de cinco bosones de Higgs, además de varios supercompañeros Higgsinos - algunos de estos otros Higgses podría dar a los fermiones su masa, si resulta que el bosón visto en el LHC no fuese el del modelo estándar.
Muchos son cautos al extrapolar los datos del tau en una etapa tan temprana. Peter Jenni, uno de los fundadores y ex director del ATLAS, no cree que nos está diciendo nada por los momentos. Él dice que grandes desviaciones estadísticas han desaparecido en el pasado y espera que ocurra también en esta oportunidad.
Pero casi todo el mundo está de acuerdo en que es un canal para mantener un ojo sobre. "No es algo de lo que estamos aún haciendo declaraciones fuertes, pero será algo interesante de ver", dijo Incandela en ICHEP.
La baja tasa de tau no era la única anomalía en los datos. Los equipos del CMS y ATLAS también informaron de que el nuevo bosón parece decaer en un par de fotones con demasiada frecuencia – alrededor de una vez y medio la tasa predicha por el modelo estándar (ver diagrama). Si esa tendencia continúa, podría significar que otra partícula se está produciendo en los detectores, junto con el bosón tipo Higgs. Esa partícula podría ser una de las otras partículas de Higgs predichas por la supersimetría, dice De Roeck, o algo más.
Este exceso de "difotones" es extremadamente importante, dice Kai Wang, de la Universidad de Zhejiang en Hangzhou, China. "Si la situación actual se mantiene y mejora la precisión, creo firmemente que implica la existencia de la física más allá del modelo estándar".
Dos días después del anuncio, el equipo de Wang publicó un artículo que muestra que la existencia de supercompañeras de las partículas tau - llamadas "staus" - podrían explicar el exceso de difotones. Ellos muestran que, a través de un mecanismo por primera vez descrito por un grupo con sede en el Fermilab en Batavia, Illinois, estas partículas pueden causar que el bosón de Higgs produzca más fotones (ver aquí).
No va a ser viento en popa para los experimentadores del LHC, dice Wang. Los tipos de colisiones que se producen en el LHC hacen que la creación de partículas stau sea difícil. Otro tipo de colisionador podría ser necesario.
Otra explicación intrigante - la que podría explicar el déficit de tau y el exceso de fotones - apareció en arXiv el 5 de julio. Dan Hooper y Buckley Mateo, ambos del Fermilab, calcularon que si la superpareja del quark top – el stop- está presente cuando el bosón de Higgs está decayéndo, ello alteraría la desintegración para crear las dos anomalías (ver aquí). Por el contrario, un stau sólo explica el exceso de fotones. "Si sólo se desea introducir una nueva partícula, el stop es la única que consigue todo lo necesario para explicar los datos," dice Hooper.
Un stau o un stop serían una buena noticia para la búsqueda de materia oscura. "En cualquiera de estos escenarios, se espera al menos una supercompañera que es incluso más ligera que el stau o el stop," dice Hooper. "Eso podría ser la materia oscura".
Emocionante, aunque estas posibilidades están sobre la mesa , casi todo el mundo pide prudencia. "Todas estas cosas, son como castillos en el aire", dice Christoph Paus de la CMS. "Por supuesto que me gustaría ver una diferencia, pero si soy sincero, hasta el momento todo se ve como el bosón de Higgs del Modelo Estándar". Incluso si ambas anomalías desaparecen, el bosón de Higgs no necesariamente nos dejaría en la pesadilla de Weinberg.
A pesar de que el ATLAS y CMS tenían datos suficientes para ver el nuevo bosón con certeza, todavía no han llegado a lo suficiente como para concretar sus propiedades. Ahora necesitan identificar el spin de la partícula - una propiedad cuántica un poco como el ángulo del eje de rotación de una partícula.
La desintegración observada en pares de fotones, combinada con el hecho de que la partícula es, sin duda un bosón, limitan su spin a los valores 2 o 0. Para cumplir con su deber de dar la masa a otras partículas a través del mecanismo de Higgs, el spin debe ser 0. Sólo entonces puede la partícula ser el componente fundamental del no-direccional, o "escalar", campo de Higgs.
La mayoría de los físicos creen que va a ser 0, ya que la producción de una partícula con un spin de 2 en un colisionador es más difícil y por lo tanto menos probable. Sin embargo, incluso si es 0 hay otra forma todavía mediante la cual puede ser no estándar, que se refiere a una propiedad llamada paridad, más fácilmente explicada a través de imágenes de espejo. Por lo general, si una partícula tiene un espín 0, su imagen especular parece idéntica. Pero es posible para una partícula tener spin 0 y no tener esta propiedad. Entre los cinco Higgses en la supersimetría, uno - conocido como un pseudoescalar - tiene esta propiedad.
"Encontrar algo, y que sea un pseudoescalar, está a la altura del callejón de la supersimetría", dice De Roeck. Aunque añade que, irritantemente, si no es un pseudoescalar, eso no significa que la supersimetría está descartada.
Jenni, por su parte, se eriza ante la idea de un escenario de pesadilla, y dice que la búsqueda de un bosón de Higgs del modelo estándar estaría muy bien. " Encontrar esta última pieza del rompecabezas fue uno de los principales objetivos del LHC. También sabemos que el modelo estándar no lo explica todo, así que no creo que esto significa que la vida para los próximos 15 años en el LHC será aburrida en lo absoluto. "
Hasta el año que viene, cuando se va a hibernar durante una actualización, el LHC se espera que funcione sin problemas,y recoga más del doble de la cantidad total de datos recopilados. Según algunas estimaciones, eso podría permitir responder a las preguntas del tau, el difotón y el spin en un año.
Es una buena noticia para aquellos de nosotros que esperamos en ascuas por saber si estamos viviendo en un universo supersimétrico, o algo aún más extraño y maravilloso. Pero es un cajón de sastre para los que ya están cansados después del revoltijo que produjo el resultado de Higgs a tiempo para el ICHEP. "Ahora, todo el infierno se desata", dice De Roeck. "Yo estaba pensando en tomar unas vacaciones. Pero ahora ..."
fuente de la información:
http://www.newscientist.com/article/mg21528734.000-beyond-higgs-deviant-decays-hint-at-exotic-physics.html?
