La partícula Y(4140) descubierta en el Fermilab podría ser un error de cálculo

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[Versión editada tras un comentario de Tommaso Dorigo, ver más abajo. Muchas gracias, amigo].

La partícula Y(4140) observada en el CDF del Fermilab como producto de desintegración de mesones B (formados por un quark bottom (b) y un antiquark antibottom) tiene una masa medida de 4144 MeV. El problema con esta partícula (hadrón) es que se desintegra de una forma “rara” y no sabe de qué quarks está compuesta. Lo que ha hecho que algunas voces clamen que debe haber algo mal con el experimento. La nueva partícula puede que en realidad no exista, que sea un mero error de cálculo en el “complicado” fondo de partículas en el que se ha observado a Y(4140). Sólo un análisis más detallado que incluya los datos del otro detector del Fermilab, DZERO, confirmará o desmentirá el descubrimiento.

El 13 de marzo de 2009, la colaboración CDF del Fermilab anunció el descubrimiento de una nueva partícula algo “rara” (artículo técnico aparecido en el ArXiv). El 17 de marzo se ha realizado el anuncio oficial, fichero de transparencias Powerpoint y  vídeo de la presentación, momento en el que muchos se han hecho eco de este “gran” descubrimiento, por ejemplo, Ciencia Kanija “Extraña bola de partículas sorprende a los físicos del Fermilab,” poco Meneada quizás porque un titular sobre una “extraña bola” no es tan espectacular como debería, una “nueva partícula fuera del Modelo Estándar” hubiera sido más meneado.

¿Es incuestionable el descubrimiento del CDF? No, el anuncio se ha realizado cuando se tiene una evidencia de la nueva partícula sólo con una certeza de 3.8 desviaciones típicas (lo habitual para proclamar un descubrimiento hubiera sido alcanzar las 5 desviaciones típicas). Con el tiempo, si se confirma el descubrimiento, esta evidencia será mejorada. Lo ideal sería que la anomalía en el fondo de partículas que se nos muestra como una nueva partícula también se observe en el detector DZERO, el otro detector del Tevatrón del Fermilab, cuyo objetivo es confirmar por otro medio todos los descubrimientos. ¿Ha observado DØ (DZERO) la nueva partícula Y(4140)? Todavía no hay datos al respecto.

Más como abogado del diablo que como experto, creo que la “nueva” y “extraña” partícula podría ser un “error” en el cálculo del fondo de partículas (background) en el que se ha destacado levemente la señal. Calcular dicho fondo es clave para los descubrimientos y conforme la energía crece las dificultades son mayores.

Si la nueva partícula confirma su existencia habrá que ampliar el Modelo Estándar. Hay varias posibilidades. La más esotérica es que exista un nuevo quark. Más fácil sería que la teoría permita “partículas compuestas,” algo así como “moléculas” de partículas, partículas que en realidad son “sacos” o “bolas” de otras partículas. Por supuesto, hay alternativas teóricas más esotéricas.

Si la nueva partícula no se confirma, será porque es un mero error en el cálculo del “ruido” de fondo mediante el método de Montecarlo. Mejoras en estos cálculos son siempre bienvenidas como anticipo para nuevos descubrimientos. Nadie pierde. La Ciencia siempre gana.

PS (20 Mar 2009): El artículo teórico de Xiang Liu, Shi-Lin Zhu, “Y(4143) is probably a molecular partner of Y(3930),” ArXiv preprint, last revised 17 Mar 2009 , propone interpretar la “nueva partícula” como una “molécula” formado por D_s^\ast {\bar D}_s^\ast y de la misma manera proponen que Y(3930) también lo es como D^\ast {\bar D}^\ast. Los autores sugieren que otros casos podrían haber sido detectados y permanecen actualmente ocultos en los datos obtenidos por experimentos como CDF, Babar, y Belle. Quien sabe, lo mismo hasta tienen razón.

5 pensamientos en “La partícula Y(4140) descubierta en el Fermilab podría ser un error de cálculo

  1. Dear Francis (?),

    the link you provide to my web site does not point to a discussion of the Y(4140), but another signal found by CDF late last year. As far as I know, DZERO has not said anything about the existence of the Y.

    Best,
    T.

  2. Dear Tommaso,

    thanks a lot for your clarification; I have updated the post.

    Best wishes,
    Francis

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