No soy buena para el teletrabajo y eso ya lo sabía desde antes de que me tocara vivir una cuarentena. Por eso, cuando vivía en Santiago de Chile, me gustaba ir a la biblioteca o a un café para hacer mis cálculos o jugar con cosas de física en mi ordenador. Cuando me encontraba preparando mi proyecto de tesis de doctorado, mi amigo Sebastian, con quien colaboraba, me preguntó lo siguiente: “¿es suficiente un gran número de eventos para poder detectar un decaimiento?”. “Por supuesto que no”, pensé, pues de ser suficiente Sebastian no me estaría preguntando tal cosa. Sin embargo, la razón la desconocía y como buena estudiante y científica quería saberlo. Me puse con ello y tardé un tiempo en imaginar la respuesta adecuada en mi cabeza que tuviera sentido. Ya se las comentaré más adelante pero primero partamos con algo más “sencillo”.
¿A qué me refiero cuando escribo sobre eventos o decaimientos? Imaginar un evento como tal es más sencillo que la segunda palabra en cuestión. Imagina que estas sentado en un café (justo como yo ahora) mirando a tu alrededor, despreocupado de tus problemas de ciudadano común (o quizás no tan común) que te abruman día a día. Entonces decides ponerte creativo. Llamaremos eventos a cada persona que como yo, pida un café caliente en tiempos de verano. Acabo de contar dos en el margen de media hora. Para mi sorpresa resulta ser bastante ya que ¿quién pide un café caliente cuando fuera del local hay una temperatura cercana a los 30º C? Cambiaré entonces la idea y ahora llamaré eventos favorables a aquellos a que pidan un rico granizado. En menos de media hora ya van alrededor de 20 personas quienes han salido felices a enfrentar al sol con su rica bebida helada.
Tengo que admitir que cuando les he contado sobre mi resultado hay un factor, en verdad dos factores, que no he mencionado, los cuales importan bastante en lo que yo pueda o no observar ¿adivinarás cual? Dejemos eso para un poco más adelante.
Bueno, concluyendo con lo anterior, entonces tengo 2 eventos favorables con respecto a cuantas personas eligen un café caliente y 20 eventos para los que eligen un granizado. Todo en el transcurso de media hora.
Cuando hablamos de eventos nos referimos a un proceso, una actividad o una acción que ocurre dentro de un universo o, mejor dicho, un espacio que estamos observando. Para los físicos de partículas entonces, su universo se encontrará dentro de un experimento específico y el evento será un determinado decaimiento de una partícula en otra. En eso se basará su conteo. Ahora bien ¿qué era entonces un decaimiento? Como recordaremos, no existe un sólo tipo de partícula en el mundo, así como no existe una sola opción de tipo de café o un solo tipo de leche. A las particulitas les gusta decaer en otras y con decaer me refiero a transformarse en otras. En todo este proceso de decaimiento ciertas leyes deben respetarse por lo que sabemos que ciertos eventos serán permitidos o no y que dentro de los permitidos unos serán más probables que otros. Por ejemplo, si sabemos que en nuestra cafetería solamente contamos con 3 sabores, chocolate, dulce de leche y vainilla, para endulzar nuestro café, no estaría permitido pedir un café endulzado con frutilla ya que eso no existe en nuestra cafetería ni en la lista de productos que ofrecen. Sin embargo, sí puedo pedir un café endulzado con dulce de leche y este tiene dos opciones: o ser caliente o ser frío. Si nos encontramos en verano a una temperatura donde el aire acondicionado es más que necesario, lo más probable es que eventos como pedir un café frío sean los más típicos y observados. Pero eso no significa que alguien un poco fuera de lo común, como es mi caso y el de las otras dos personas en esta cafetería, pida un café caliente al llegar a la caja (independiente de las mirada extraña que el vendedor pueda darles).
Habiendo entonces entendido qué es un decaimiento y un evento, vuelvo a formular la primera pregunta pero esta vez de otra manera: ¿es suficiente una gran cantidad de compras (o eventos) en la cafetería para detectar que alguien compró un café caliente? Ya vimos que cuando el clima está como el día de hoy es difícil que alguien pida una bebida caliente, sin embargo yo sentada en mi mesa pude contar a 2 (no incluyéndome). El factor importante del que les hablaba y el cuál no les había mencionado es que la cantidad de personas comprando eran suficientes para que yo pudiera hacer un conteo representativo y diferenciar entre ambas opciones, sin ocultar de mi vista el lugar donde ocurría la transacción. ¿Qué pasaría si un lote de 50 personas entrara justo al local y fueran tantos que yo no pudiera ver lo que ordenan desde mi cómodo asiento? ¿Y si el que pide la bebida caliente se esconde entre el resto y sale sin que yo pueda observarlo ya que tal cantidad de personas lo quitó de mi vista? Mi conteo entonces de eventos de quienes compran un café caliente hubiera sido cero por lo que pensaría que tal compra un día de verano no es probable. En un experimento, pensemos en alguno del gran acelerador de hadrones como ejemplo, la cantidad de partículas que “viven” en esos experimentos es gigante, por lo que los observadores, y llamémoslos mejor detectores, tienen que ser mucho más eficientes que yo que estoy sentada escribiendo. Por eso los científicos ponen tanto ahínco a la hora de construir estas máquinas gigantes que detectan lo pequeñito.
Pero yo he mencionado al comienzo dos factores importantes. El segundo tiene que ver con el tipo de recipiente. ¡Sí, no bromeo! El recipiente en el que es servida mi bebida. No estoy muy cerca de la caja como para escuchar lo que el vendedor o el comprador dicen y tampoco sé leer los labios, por lo que me baso en escribir que la bebida es caliente o helada solamente porque observo el recipiente que la contiene: blanco para la bebida caliente y transparente para los granizados. ¿Qué pasaría si los recipientes transparentes se acabaran y dieran las bebidas frías en el recipiente blanco? ¿Cómo sabría quienes pidieron bebidas calientes y quienes frías? Mi conteo de eventos de bebidas calientes sería en ese caso del 100%. Algo sin nada de sentido para esta época.
Traslademos nuevamente la cafetería al gran colisionador y ahora contemos eventos que tengan que ver sobre en que se transforman las particulitas. Imaginen que queremos observar al bosón de Higgs. Nos basaremos sólo en uno de sus posibles decaimientos (y es que decae en muchas cosas): dos tipos de quarks, ya que le gusta mucho decaer en estos. Nuestros quarks serán los recipientes blancos, nuestro Higgs será la bebida caliente y una otra partícula, llamada la partícula x que también le gusta decaer a quarks, nuestro granizado. Como Higgs y partícula x van dentro de vasos blancos (es decir que decaen a quarks), no podemos saber cuales contienen a nuestro Higgs y cuales llevan a la partícula x escondida en granizados de diferentes sabores. A esa cantidad de quarks, a esa cantidad de recipientes blancos que nos impiden observar nuestro evento, en este caso el Higgs (ya que, aunque la bebida esté caliente, está dentro de un recipiente que hace imposible distinguirla de la bebida fría) le llamamos background (o fondo). Es por eso que si el background es muy grande y no me permite diferenciar ni discriminar entre mis eventos, mi conteo estará errado. Probablemente, sería mas interesante mirar al Higgs escondido en vasitos de tequila, algo muy poco común para poner un café caliente. Esto representaría un decaimiento poco probable del Higgs a partículas que no son quarks, pero que como es poco probable, hay poco background y nos ayuda a diferenciarlo de la partícula x. La partícula x, afortunadamente, no decae a vasitos de tequila.
Mi café se esta terminado y ya está cayendo la noche por lo que me dispongo a partir a mi hogar. Antes de levantarme no puedo evitar pensar en los recipientes blancos y transparentes y los vasitos de tequila. Para terminar les dejo otro cuestionamiento: ¿es suficiente con que el Higgs se esconda en un tipo de vasito poco común (como de tequila) para anunciar que lo hemos encontrado? ¿O existe una partícula z escondida en estos también que hace nuestra detección del Higgs mas compleja?
