Las fluctuaciones a 2-sigma del Fermilab (posibles descubrimientos futuros si se alcanzan las 5-sigma)

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¿Cuál será el próximo descubrimiento del Fermilab? Nadie lo sabe, lo que sí se sabe son cuales son las señales que se desvían más de lo esperado. Señales que ahora mismo son una mera fluctuación estadística, con sólo 2-sigma de significación. Si en un par de años la evidencia se acumula y se alcanzan las 5-sigma, el Fermilab proclamará un nuevo descubrimiento. En caso contrario, nadie recordará estas fluctuaciones estadísticas sin ningún contenido físico. Por si acaso, cientos de físicos están estudiando estas desviaciones tanto experimental como teóricamente para estar preparados ante un posible descubrimiento. ¿Cuáles son las desviaciones 2-sigma encontradas hasta el momento? Sólo un físico que se encuentre en el ajo puede saberlo. Tommaso Dorigo está en el comité que revisa todos los artículos científicos que se envía para publicación desde el CDF del Fermilab. Tommaso es nuestro hombre y nos lo cuenta en “The Next Discovery of Fermilab,” A Quantum Diaries Survivor, September 21st 2009.

La detección de partículas en los grandes aceleradores es un proceso estocástico sujeto a fluctuaciones estadísticas en los detectores y los algoritmos de análisis. Una desviación en los datos respecto a los modelos teóricos (el Modelo Estándar) sólo es un descubrimiento si es una desviación grande respecto a lo esperado. ¿Qué significa grande? Se utiliza un modelo estadístico (normalmente gaussiano) y se determina la probabilidad de dicha fluctuación estadística utilizando el número de desviaciones típicas de significación estadística. Una fluctuación 2-sigma es una fluctuación con una probabilidad de un 95.5% de volver a ser observada. Una 3-sigma es una fluctuación con una probabilidad del 99.75% de que se vuelva a observar en el futuro. Una fluctuación es un discubrimiento si alcanza las 5-sigma, es decir, si hay una probabilidad del 99.99995% de que vuelva a observarse dicha fluctuación. Por debajo de 3-sigma se considera que se ha observado una simple fluctuación estadística de los datos.

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Permitidme un listado de las 5 fluctuaciones a 2-sigma más prometedoras observadas por la Colaboración CDF que apuntan hacia un futuro descubrimiento en el Fermilab (la selección es mía entre las 10 que propone Tommaso Dorigo y en otro orden).

1) Observación de un nuevo bosón vectorial Z’ (Z-prima). CDF tiene evidencia casi a 3-sigma de la existencia de resonancias a energías de 240 GeV y 720 GeV en eventos que involucran dos leptones de carga opuesta (electrón-positón, muón-antimuón, etc.).  Estas resonancias, de confirmarse, podrían corresponder a un bosón vectorial Z’ con una masa de unos 720 GeV.

2) Observación de un nuevo quark t’ (top-prima). LEP2 del CERN demostró que había sólo 3 generaciones de leptones (en concreto, de neutrinos). Sin embargo, una búsqueda directa en CDF de un quark de cuarta generación, llamado t’, ha ofrecido evidencias de dicha partícula con una masa mínima de 284 GeV y una masa probable de unos 450 GeV.  Sólo el futuro confirmará o desmentirá este resultado, un exceso a 2-sigma.

3) Acoplamiento anómalo entre los bosones vectoriales (fotón, W y Z). CDF ha observado un número mayor del esperado de pares de bosones o dibosones (WW, W-fotón, Z-fotón, etc.). Un exceso a 2-sigma que podría tener diferentes causas, si se confirma, por ejemplo, la existencia de un bosón de Higgs con una masa mayor de 135 GeV.

4) Confirmación de la generación de multimuones anómalos. CDF ha detectado un número mayor de muones (electrones pesados) y con una vida media más larga de lo esperado. Podrían originarse en una nueva partícula neutra aún por descubrir. DZERO no confirmó dicho exceso de muones, pero en CDF creen que futuros datos podrían confirmarlo.

5) Confirmación de la supersimetría en la medida de la fase de la oscilación de bosones B. Los mesones formados por un quark bottom  (b) y quark extraño (s) pueden intercambiarse con sus antipartículas en una oscilación difícil de estudiar teóricamente en el modelo estándar. Los resultados experimentales indican que el valor del parámetro de fase de dicha oscilación difiere a 2-sigma del valor teórico. Una explicación sencilla para esta diferencia la ofrece la supersimetría.

Más allá de estos posibles descubrimientos, en el CDF del Fermilab se está realizando una gran labor de confirmación del modelo estándar con medidas de alta precisión de muchos de sus parámetros. En dicha labor destacan la medida de la masa del quark top, la medida de la masa del bosón vectorial W y la acotación de la masa del bosón de Higgs mediante nuevos intervalos de exclusión.

Recordad, sólo hemos hablado de CDF, en una futura entrada hablaremos de DZERO.