{"id":122,"date":"2017-09-25T17:22:27","date_gmt":"2017-09-25T15:22:27","guid":{"rendered":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/?p=122"},"modified":"2017-09-29T13:54:27","modified_gmt":"2017-09-29T11:54:27","slug":"como-descubrimos-nueva-fisica-en-el-lhc","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/2017\/09\/25\/como-descubrimos-nueva-fisica-en-el-lhc\/","title":{"rendered":"\u00bfC\u00f3mo descubrimos nueva f\u00edsica en el LHC?"},"content":{"rendered":"

Cuando el Gran Colisionador de Hadrones<\/em> (LHC, por sus siglas en ingl\u00e9s) arranc\u00f3 all\u00e1 por el a\u00f1o\u00a02008 las expectativas eran muy altas. Este colosal instrumento cient\u00edfico era sin duda la mayor\u00a0apuesta de la comunidad internacional de f\u00edsica de part\u00edculas, con miles de cient\u00edficos involucrados en las distintas partes del experimento. Tras un periodo inicial de ajustes y puestas a punto, los\u00a0primeros datos de relevancia cient\u00edfica fueron recogi\u00e9ndose, mostrando que la m\u00e1quina funcionaba\u00a0perfectamente. Finalmente, el esfuerzo de tantos a\u00f1os de trabajo dio sus frutos con el ansiado\u00a0descubrimiento del bos\u00f3n de Higgs en 2012, considerado de forma un\u00e1nime como uno de los hitos\u00a0cient\u00edficos m\u00e1s importantes de lo que llevamos de siglo XXI.<\/p>\n

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El LHC consiste en un anillo de 27 kil\u00f3metros de longitud. En ocasiones, el personal que trabaja en el interior del t\u00fanel por el que discurre este enorme colisionador necesita desplazarse en bicicleta para llegar a alguno de los puntos de su recorrido<\/figcaption><\/figure>\n

Sin embargo, y pese a la magnitud de este espectacular descubrimiento, muchos f\u00edsicos te\u00f3ricos\u00a0todav\u00eda esperan algo m\u00e1s, alguna sorpresa con la que no contemos. Al fin y al cabo, el bos\u00f3n de\u00a0Higgs era un invitado esperado<\/em>. Sin \u00e9l, el Modelo Est\u00e1ndar, el marco te\u00f3rico actualmente considerado como nuestra mejor descripci\u00f3n de las propiedades de las part\u00edculas fundamentales\u00a0existentes, carecer\u00eda de sentido. Ahora bien, no nos podemos conformar con haber encontrado la\u00a0\u00faltima pieza del Modelo Est\u00e1ndar ya que, y en esto existe un consenso absoluto, el Modelo Est\u00e1ndar\u00a0no puede ser la teor\u00eda \u00faltima<\/em>. Existen diversas indicaciones que apuntan a la posible existencia de nuevas part\u00edculas e interacciones no presentes en el Modelo Est\u00e1ndar. Dejando al margen razones\u00a0tan s\u00f3lidas como la masa de los neutrinos y la materia oscura, contamos tambi\u00e9n con numerosas\u00a0ideas te\u00f3ricas que predicen necesariamente la existencia de nuevas part\u00edculas e interacciones.\u00a0\u00bfC\u00f3mo se manifestar\u00eda esta “nueva f\u00edsica” en el LHC?<\/p>\n

El LHC es una m\u00e1quina muy complicada pero su funcionamiento b\u00e1sico es bastante sencillo. Tras\u00a0acelerar protones a velocidades cercanas a la de la luz, se les hace chocar en varios puntos fijos en\u00a0los que previamente se han colocado gigantescos detectores, los cuales se encargan de registrar qu\u00e9\u00a0se produce en estas colisiones. Por ejemplo, es posible determinar experimentalmente cu\u00e1ntas veces\u00a0se producen pares de fotones con una determinada energ\u00eda. El objetivo es encontrar una\u00a0discrepancia entre lo que el Modelo Est\u00e1ndar predice para estas cantidades y lo que observamos en\u00a0el LHC. Cuando dicha discrepancia entre teor\u00eda y experimento se encuentra, decimos que hemos\u00a0encontrado “nueva f\u00edsica”. Es posible que la desviaci\u00f3n sea realmente peque\u00f1a, un \u00fanico evento\u00a0an\u00f3malo entre millones de eventos normales, pero es por esta aguja en el pajar<\/em> por la que se\u00a0construy\u00f3 el LHC.<\/p>\n

Con el objetivo de entender c\u00f3mo funciona este procedimiento en la pr\u00e1ctica consideremos un caso\u00a0reciente. El 15 de diciembre de 2015, las colaboraciones ATLAS y CMS, los dos detectores de\u00a0prop\u00f3sito general del LHC, anunciaron haber encontrado sendos excesos en sus b\u00fasquedas de eventos con dos fotones. All\u00e1 donde el Modelo Est\u00e1ndar predice un n\u00famero determinado de\u00a0eventos, tanto ATLAS como CMS observaban un n\u00famero ligeramente superior. Especialmente\u00a0sugerente era que estos resultados hab\u00edan sido obtenidos de forma independiente por las dos colaboraciones y que ambos mostraban el exceso en eventos con pares de fotones cuya energ\u00eda se\u00a0encontraba en torno a los 750 GeV. La interpretaci\u00f3n inmediata de este hallazgo ser\u00eda la existencia\u00a0de una nueva part\u00edcula, desconocida hasta la fecha, con una masa de unos 750 GeV y que se\u00a0desintegra dando lugar a un par de fotones. Esta part\u00edcula ser\u00eda la primera indicaci\u00f3n directa de la\u00a0existencia de nueva f\u00edsica m\u00e1s all\u00e1 del Modelo Est\u00e1ndar, lo cual podr\u00eda conducir a un nuevo\u00a0paradigma en el mundo de las part\u00edculas fundamentales. Ante un escenario tan emocionante, la\u00a0reacci\u00f3n no se pod\u00eda hacer esperar. Al d\u00eda siguiente del anuncio por parte de ATLAS y CMS,\u00a0numerosos art\u00edculos te\u00f3ricos con nuevas propuestas e ideas inundaban ya la red. En pocos d\u00edas, los art\u00edculos ya se contaban por decenas y medio a\u00f1o despu\u00e9s del anuncio hab\u00eda casi 400 art\u00edculos\u00a0escritos sobre el exceso y su posible interpretaci\u00f3n. Tan explosiva fue la proliferaci\u00f3n de art\u00edculos\u00a0te\u00f3ricos que la prestigiosa revista Nature le dedic\u00f3 un editorial<\/a> en la que analizaba el impacto social, no siempre positivo, que este fen\u00f3meno hab\u00eda tenido en la comunidad.<\/p>\n

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Resultados de la colaboraci\u00f3n ATLAS presentados en diciembre de 2015. La parte\u00a0superior de la gr\u00e1fica muestra la predicci\u00f3n del Modelo Est\u00e1ndar (la l\u00ednea roja) as\u00ed como los datos\u00a0obtenidos en el experimento (los puntos negros). Se aprecia claramente como alrededor de una\u00a0energ\u00eda cercana a los 750 GeV los datos muestran un exceso notable por encima de la predicci\u00f3n de\u00a0la teor\u00eda. Cr\u00e9dito: ATLAS collaboration<\/figcaption><\/figure>\n

No obstante, al publicar estos datos, tanto ATLAS como CMS insistieron en que era demasiado\u00a0pronto como para echar las campanas al vuelo y proclamar la existencia de la tan ansiada nueva\u00a0f\u00edsica. Y esto se debe a que, en cierto modo, el funcionamiento del LHC es similar al lanzamiento de una moneda. Si lanzamos una moneda un n\u00famero suficientemente elevado de veces, veremos que\u00a0cada una de las dos opciones, cara y cruz, sale aproximadamente la mitad de las ocasiones. Sin\u00a0embargo, cuando el n\u00famero de lanzamientos es peque\u00f1o, es posible que encontremos que una de las\u00a0opciones sale notablemente m\u00e1s que la otra. Los f\u00edsicos llaman a esas coincidencias “fluctuaciones”. Es necesario acumular m\u00e1s y m\u00e1s eventos para ver si esos excesos son reales o si\u00a0finalmente tienden a desaparecer. En el caso de la moneda, si la lanzamos s\u00f3lo cinco veces es posible que salgan cuatro caras, pero si la lanzamos quinientas veces y nos salen cuatrocientas caras\u00a0sin duda empezaremos a pensar que la moneda est\u00e1 trucada. Lo mismo sucede en el LHC. Aunque\u00a0era realmente llamativo que los excesos encontrados en ambos detectores coincidieran en la misma regi\u00f3n de energ\u00edas, los famosos 750 GeV, el peque\u00f1o n\u00famero de eventos que se manejaba en ese\u00a0momento imped\u00eda descartar que se tratara de una fluctuaci\u00f3n.<\/p>\n

Y efectivamente… result\u00f3 ser una fluctuaci\u00f3n. El LHC continu\u00f3 operando, repitiendo las colisiones\u00a0una y otra vez, por lo que pronto cont\u00f3 con un n\u00famero suficiente de eventos como para saber si la\u00a0desviaci\u00f3n era real o no. Con la comunidad de f\u00edsica de part\u00edculas expectante, las colaboraciones\u00a0ATLAS y CMS presentaron nuevos resultados en la conferencia ICHEP, celebrada en Chicago\u00a0(Estados Unidos) en agosto de 2016. Estos resultados conten\u00edan muchos m\u00e1s eventos que los presentados en diciembre del a\u00f1o pasado por lo que era de esperar que si el exceso observado por\u00a0ambas colaboraciones era una desafortunada fluctuaci\u00f3n, su tama\u00f1o se reducir\u00eda sustancialmente,\u00a0llegando incluso a desaparecer completamente. Y para decepci\u00f3n de muchos, la adici\u00f3n de nuevos\u00a0datos provoc\u00f3 que el exceso se desvaneciera.<\/p>\n

Ahora bien, no todas los excesos acaban as\u00ed. De hecho, \u00a1algunos acaban convirti\u00e9ndose en un\u00a0descubrimiento! Por ejemplo, el hallazgo del bos\u00f3n de Higgs se realiz\u00f3 precisamente de este modo,\u00a0buscando eventos con parejas de fotones y encontrando m\u00e1s de los esperados con energ\u00edas alrededor\u00a0de los 125 GeV. Lo que empez\u00f3 como un peque\u00f1o exceso se acab\u00f3 convirtiendo en el\u00a0descubrimiento m\u00e1s importante en d\u00e9cadas. La acumulaci\u00f3n de nuevos datos sirvi\u00f3 en este caso\u00a0para reforzar la se\u00f1al, no para hacerla desaparecer, haciendo que eventualmente se descartara que fuera una fluctuaci\u00f3n.<\/p>\n