Las predicciones «genéricas» de la teoría de cuerdas para el espectro de partículas supersimétricas

Esta figura muestra el espectro «genérico» de partículas supersimétricas predicho por la teoría de cuerdas según Gordon Kane, «String Theory Is Testable, Even Supertestable,» Physics Today, 1997. Observa que el Higgs (h) tiene una masa inferior a la de los bosones W y Z (hoy sabemos que no es así), que el stop (superpartícula asociada al quark top) tiene una masa inferior a 100 GeV (hoy sabemos que los squarks tienen masa superior a 350 GeV), etc. Los últimos datos del LHC en el CERN descartan existencia de la mayoría de estas superpartículas. ¿Pasa algo con las predicciones «genéricas» de la teoría de de cuerdas? No pasa nada de nada. La nueva predicción de Kane para agosto de 2011 (basada en el modelo que más le gusta, que él ha bautizado como teoría M tipo G2-MSSM) es la siguiente.

En la nueva predicción los squarks son un «poquito» más pesados, unos 50 TeV (es decir, unas 500 veces más pesados). Imposibles de descubrir en al LHC del CERN y quizás en los colisionadores de los próximos 50 años. La nueva predicción ajusta el Higgs donde le permiten los últimos límites de exclusión (entre 120 y 140 GeV, con preferencia alrededor de 127 GeV)  y el gluino (con unos 500 GeV) justo por encima de los límites mínimos actuales del LHC (en julio, EPS2011, se publicó que ATLAS descarta que el gluino tenga una masa inferior a 660 GeV y si los neutralinos tienen masa por debajo de 160 GeV; subiendo la masa de los neutralinos se reduce el límite de exclusión para la de los gluinos). También aparecen como observables en el LHC algunos neutralinos y charginos que podrían ser candidatos para la materia oscura. La nueva predicción se ha publicado en la charla de Kane en la conferencia String Phenomenology 2011.

Según Kane, estas predicciones son «genéricas» para la teoría de cuerdas (o teoría M), como decía que eran las predicciones de 1997. Los defensores de la teoría de cuerdas se alegrarán de que la teoría sea capaz de ajustarse a casi cualquier espectro de partículas posible y que permita predicciones tan bien ajustadas con lo que se sabe hoy en día. Los detractores de la teoría dirán que esto es un ejemplo ideal de que la teoría de cuerdas no es una teoría refutable experimentalmente. Predice todo lo predecible.

Kane en su charla también nos recuerda que el espectro de partículas «genérico» predicho por la teoría de cuerdas está limitado por los datos cosmológicos disponibles a partir del fondo cósmico de microondas. Según estas predicciones, tanto el gravitino como las superpartículas tienen masas superiores a 30 TeV. Artículos técnicos como el de Takeo Moroi, Lisa Randall, «Wino Cold Dark Matter from Anomaly-Mediated SUSY Breaking,» Nucl. Phys. B 570: 455-472, 2000 (ArXiv preprint), y el de Bobby S. Acharya, Piyush Kumar, Konstantin Bobkov, Gordon Kane, Jing Shao, Scott Watson, «Non-thermal Dark Matter and the Moduli Problem in String Frameworks,» JHEP 0806: 064, 2008 (ArXiv preprint). Lo curioso es que la predicción «genérica» de estos artículos para el Higgs está dentro de los límites permitidos hoy en día (esta predicción no es solo de la teoría M o de la teoría de cuerdas, sino de la supergravedad y de casi cualquier teoría supersimétrica).

El marco (framework) de la teoría de cuerdas tiene muchas soluciones posibles (el problema del panorama o “landscape”). La búsqueda de predicciones de la teoría de cuerdas es muy difícil, pero hay ciertas características «genéricas» que deben compartir las soluciones «razonables.» Según Gordon Kane, experto en la fenomenología de la teoría de cuerdas, un bosón de Higgs con una masa de unos 127 GeV y un gravitino que se desintegra en quarks de la tercera generación (bottom y top) con una masa del orden de 500 GeV son dos predicciones «genéricas» de la teoría de cuerdas que podrían confirmarse en el LHC del CERN en los próximos años.

Por cierto, esta entrada está basada en Peter Woit, «This Week’s Hype, Part III,» Not Even Wrong, August 25, 2011.

PS (29 ago. 2011): Puedes leer unas palabras del propio Kane (en la línea de mi entrada) en el blog de Tommaso Dorigo, «Gordon Kane On SUSY At The LHC,» A Quantum Diaries, August 28th 2011. He de confesar que escribí esta entrada el día 26 y la programé para hoy, cuando aún Tommaso no había publicado su entrada.

CMS del LHC excluye los gluinos con una masa inferior a 400 GeV (ver figura 2, derecha) en The CMS Collaboration, «Search for Supersymmetry in Events with Photons, Jets and Missing Energy,» CMS PAS SUS-11-009, CERN CDS 2011/08/24; CMS también ha estudiado el caso de gluinos ligeros y squarks muy pesados con conclusiones similares (ver figura 3, derecha, y figura 4), en The CMS Collaboration, «Search for supersymmetry in hadronic final states using M_{T2} in 7 TeV pp collisions at the LHC,» CMS PAS SUS-11-005, CERN CDS, 2011/08/26.