Posible explicación de los multimuones observados en el Fermilab

dibujo20090220o5modelformuonanomalycdfinfermilabEl 29 de octubre de 2008 nos despertamos todos los aficionados a ArXiv con la obligación de leer un artículo de 68 páginas, que se dice pronto. Yo fui de los “remolones” (y “antiecologistas”). Lo imprimí en papel esa misma mañana y tardé varios días en sacar tiempo para leerlo. El artículo de la CDF Collaboration del Fermilab se titulaba “Study of multi-muon events produced in p-pbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV .” Quería escribir una entrada sobre el mismo, pero estaba liado (“mi yo teórico”) con Garrett Lisi y acabé borrando el borrador (cuando acumulo más de 20 borradores sin tocar acabo borrándolos todos y empezando desde cero). Muchos otros se me adelantaron (nueva física más allá del Modelo Estándar interesa a todo el mundo, incluso aún sin confirmar). Kanijo nos lo tradujo en “¿Se ha encontrado una nueva física en el viejo Tevatron?,” 4 noviembre 2008, aunque Daniel Marín se le adelantó con “¿Qué demonios ocurre con los muones?,” 3 noviembre de 2008, siendo noticia de portada en Menéame, por cierto, con el “comercial” pero pésimo título “El Tevatrón encuentra una nueva partícula en contra del Modelo Estándar.” Y ya se sabe que si otros alcanzan portada en Menéame con una noticia, a uno se le quitan las ganas de volver a la carga con ella, por mor a no parecer un “loro.” Pero estos temas acaban resurgiendo en la carpeta de borradores, cual “ojos del Guadiana.”

Al grano, mientras los físicos experimentales del detector D0, también en el Fermilab, están tratando de encontrar más pruebas de lo observado en el detector CDF, muchos grupos de teóricos están trabajando duramente tratando de explicar dicha “anomalía.” Entre las explicaciones publicadas, la que más me gusta,  a mí que ni soy experto ni soy la persona más indicada para presumir de “gustos” teóricos, es la de P. Giromini, F. Happacher, M. J. Kim, M. Kruse, K. Pitts, F. Ptohos, S. Torre, “Phenomenological interpretation of the multi-muon events reported by the CDF collaboration,” ArXiv preprint, 31 oct 2008 . Esta explicación de físicos del Fermilab se publicó 2 días tras la publicación del resultado experimental por lo que es obvio que conocían la “anomalía” antes que el resto del mundo, lo que parece que no ha gustado a algunos “envidiosos.” 

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La explicación de Giromini et al. parece que funciona mejor que lo inicialmente parecía como nos aclaran Riccardo Barbieria, Lawrence J. Hallb, Vyacheslav S. Rychkova, Alessandro Strumiac, “Multi-muon events at the Tevatron: a hidden sector from hadronic collisions,” ArXiv preprint, 12 feb 2009 .

Una partícula escalar (sería la primera de este tipo observada experimentalmente hasta el momento, mientras no aparezca el bosón (escalar) de Higgs) débilmente acoplada con el Modelo Estándar (con el quark up) con una masa en reposo de unos 15 GeV podría explicar bastante bien los resultados experimentales (curva azul en la figura de arriba). El modelo explica bastante bien la vida media (“duración de la anomalía”) de unos 30 ps (picosegundos) y otros propiedades más técnicas de la “anomalía.” La interacción mostrada en la figura de arriba (como O5) no es renormalizable, luego ha de interpretarse como un modelo “efectivo” (aproximado) a baja energía de una teoría “correcta” a alta energía. Los autores proponen dos posibles modelos renormalizables (a alta energía) compatibles con el modelo O5 a baja energía.

El primer modelo utiliza un acoplamiento especial para un bosón de Higgs con una masa grande, alrededor de un 1 TeV (modelo LH en la figura de la izquierda). El segundo modelo se basa en una interacción entre quarks mediada por fermiones pesados , con masas del orden de 1 TeV (modelo LF en la figura de la izquierda). Estos modelos, en realidad, son modelos “efectivos” renormalizables de una teoría subyacente más allá del Modelo Estándar.

¿Para qué sirven estos modelos? Aparte de para explicar la anomalía del CDF. Su utilidad más obvia es en relación con la materia oscura.

Resumamos. Los autores proponen la existencia de una partícula escalar de masa en reposo  del orden de 15 GeV, débilmente acoplada con el Modelo Estándar, pero fuertemente acoplada con partículas (U o H) con masa del orden de 1 TeV. ¿Qué serán estas posibles partículas de masa en la región de 1 TeV? Candidatos ideales para la materia oscura. Si es así, se explicaría el exceso de positones observado en los rayos cósmicos por los italianos de la misión espacial PAMELA. De hecho, el espectro del exceso de positones observado se ajusta muy bien con los modelos propuestos por Giromini et al. Más aún, los datos de ATIC también se ajustan bastante bien. La figura de más abajo muestra la buena calidad de estos ajustes.

Lo dicho, “dos pájaros muertos por un solo tiro.”

La prueba de fuego para este modelo será el descubrimiento en el LHC de las partículas U o H (imposibles de detectar en el Tevatrón).

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2 pensamientos en “Posible explicación de los multimuones observados en el Fermilab

  1. La verdad es que me baboseo con tus articulos mas en esta seccion pero con mis pobres conocimientos se me hace dificil entender todo esto…
    Igualmente te aliento para que sigas adeltante con este marivillooso blog…

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