La escala de energía de la supersimetría más allá del alcance del LHC

Dibujo20130830 Savas Dimopoulos - States of BSM Theorists after LHC 8

Recordar es fácil para los viejos, olvidar es fácil para los jóvenes. A principios de los 1990 se pensaba que había una plétora de partículas supersimétricas con una masa inferior a la masa del bosón Z que resolvían de forma natural el problema de la jerarquía. Gracias a LEP sabemos que no es así. A principios de los 2010 muchos físicos pensaron que esas partículas tenían una masa al alcance del LHC, pero las colisiones a 8 TeV c.m. del año 2012 nos han mostrado que no es así. Sólo los más optimistas esperan una plétora de partículas supersimétricas al alcance del LHC con colisiones a 14 TeV c.m. aunque aún no tengamos ningún indicio. Los más realistas pensamos que a lo sumo cabe esperar una o dos partículas nuevas. ¿Por qué la supersimetría tiene que resolver el problema de la jerarquía? ¿No es más razonable que resuelva el problema de la inestabilidad del vacío del campo de Higgs? En dicho caso no podemos esperar que la escala de la supersimetría sea muy inferior a diez millones de TeV, un millón de veces más energía que la que se podrá alcanzar con el LHC. Nos lo cuenta, como no, Luis Ibáñez (Instituto de Física Teórica UAM-CSIC, Madrid), “The Scale of SUSY Breaking, the Higgs Mass and String Theory,” SUSY 2013, ICTP, Trieste, Aug 28, 2013 [slides pdf]. Algunas de las figuras de esta entrada están extraídas de Savas Dimopoulos (Stanford University), “States of BSM Theorists after LHC 8,” SUSY 2013, ICTP, Trieste, Aug 28, 2013 [slides pdf].

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Sobre las teorías de Kaluza-Klein y la supergravedad en D=11

El verano es la época ideal para conversar. En los últimos días Amarashiki (@riemannium,TSOR), Alejandro Rivero (@arivero,web) y Kac-Moody (@1KacMoody1) han mantenido una interesante charla sobre la supergravedad (Sugra) y las teorías de Kaluza-Klein (KK) en Twitter sobre la cuestión “¿por qué se abandonó la línea de investigación en [teorías de Kaluza-Klein y Sugra] en 1985?,” que surgió al hilo de la entrada de Alejandro como invitado en mi blog (“Lo que pudo haber sido“). No soy experto en estas lides, pero yo creía que la razón estaba bastante clara: la primera revolución de la teoría de supercuerdas en el verano de 1984 y los problemas que antes de dicho verano se habían detectado en las teorías de supergravedad en 11 dimensiones relacionados con la quiralidad del modelo estándar y con sus divergencias ultravioletas (se trata de una teoría no renormalizable). Para los expertos en Kaluza-Klein y supergravedad cambiar de tópico de trabajo a la teoría de supercuerdas prometía muchos más éxitos. Por todo ello creo que fueron abandonadas estas ideas. Como sus problemas aún no han sido resueltos y se cree que no tienen una solución elegante, siguen abandonadas. Permíteme recordar la situación de las teorías de Kaluza-Klein y de supergravedad antes del verano de 1984 (me basaré, como no, en M.J. Duff, B.E.W. Nilsson, C.N. Pope, “Kaluza-Klein Supergravity,” Physics Reports 130: 1-142, 1986, y en M.J. Duff, “Supergravity, Kaluza-Klein and superstrings,” pp. 18-60 en 11th Intl. Conf. General Relativity and Gravitation, Cambridge UP, 1987).

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La esperanza (de encontrar la supersimetría) es lo último que se pierde

Dibujo20130228 Summarization all BSM plus LHC experiments that are accessible to No-Scale F SU 5 model space

Dimitri V. Nanopoulos, físico teórico experto en supersimetría, lleva diez años prediciendo la masa del gluino (la (super)compañera del gluón). Conforme los experimentos descartan la masa que ha predicho, sube su predicción un poquito y vuelve a publicar una nueva estimación basada en más información que la anterior, con lo que, a priori, parece mucho mejor. Su última estimación es M½ = 765 ± 85 GeV. En su opinión, todos las búsquedas realizadas en el LHC hasta el momento son compatibles con este resultado. En las próximas semanas se publicarán en Moriond nuevas estimaciones experimentales (que casi seguro descartarán su predicción pues ya hay cierta evidencia que apunta a una masa M½ > 1200 GeV). No sé lo que ofrecerán los nuevos datos (tras el análisis de todas las colisiones de 2012), pero lo que es seguro es que Nanopoulos no perderá la esperanza y publicará nuevas estimaciones “optimistas.” Hasta que en 2015 no se publiquen los resultados de las primeras colisiones a 13 TeV c.m. en el LHC no se podrá descartar una masa  M½ > 2000 GeV. Los interesados en los detalles (no muy técnicos) disfrutarán de Tianjun Li, James A. Maxin, Dimitri V. Nanopoulos, Joel W. Walker, “Correlated Event Excesses in LHC SUSY Searches at 7 & 8 TeV: New Physics or Conspiring Noise?,” arXiv:1302.6579, 26 Feb 2013. Más información crítica sobre este tema en Peter Woit, “The State of SUSY,” Not Even Wrong, Feb 27, 2013.

El modelo estándar, la supersimetría y la supergravedad

El modelo estándar es la teoría que describe las leyes físicas que rigen la dinámica de todas las partículas subatómicas conocidas. Estas partículas fundamentales son excitaciones localizadas de campos cuánticos sujetos a dos tipos de simetrías continuas. Por un lado, la simetría del espaciotiempo, el grupo de Poincaré ISO(1,3), que requiere asociar a cada campo cuántico (o partícula) un espín bien definido, cuyo módulo tiene un valor semientero para los fermiones y un valor entero para los bosones. Los campos cuánticos tienen “componentes” igual que los campos clásicos (por ejemplo, el campo electromagnético tiene componentes magnéticas y eléctricas, por eso “unifica” campos magnéticos y eléctricos).

Los campos cuánticos se describen como representaciones lineales del grupo de Poincaré, es decir, las componentes del campo se comportan como un vector invariante ante transformaciones (matriciales) del grupo. Las representaciones lineales de este grupo se clasifican en función de un número, el espín, que puede tener un valor semientero o entero, separando las partículas (los campos) en fermiones o bosones, respectivamente.El espín tiene unidades de momento angular pero no tiene nada que ver con ninguna “rotación” interna de las partículas; igual que el momento angular, el espín tiene sus valores en un álgebra de Lie, de ahí que sus unidades sean las mismas. El espín nos indica el número de componentes del campo y cómo estas componentes se relacionan entre sí.

Y por otro lado, ciertas simetrías “internas” (gauge) asociadas a las interacciones entre partículas; en el modelo estándar estas simetrías corresponden al producto de grupos de Lie SU(3)xSU(2)xU(1), simplificando detalles técnicos; la invariancia de los campos ante transformaciones locales de estas simetrías gauge conduce a las interacciones fuerte, débil y electromagnética. En el modelo estándar las partículas de “materia,” los fermiones, y las partículas de interacción, los bosones gauge, se incorporan ad hoc (eso sí, cumpliendo ciertas reglas), es decir, nada prohíbe que existan nuevos fermiones y/o nuevas simetrías gauge aún no descubiertos; más aún, si se descubren en el LHC del CERN se pueden incorporar de manera muy sencilla al modelo estándar (repito, cumpliendo ciertas reglas, las leyes de la teoría cuántica de campos).

Por todo ello, aún se siguen buscando nuevas partículas. La tabla que abre esta entrada resume la situación a fecha de septiembre de 2012; desde entonces los límites han mejorado un poco. Más información a los interesados en Petra Van Mulders (On behalf of the CMS and ATLAS collaborations), “Searches for new fermions and bosons,” Physics In Collision 2012, September, 12-15 [slides]; Francesco Santanastasio (On behalf of the ATLAS and CMS collaborations), “Exotic Phenomena Searches (at hadron colliders),” Physics in Collisions, 12-15 September, 2012 [slides]; André A. Nepomuceno (ATLAS Collaboration), “Search for high-mass resonances decaying to dileptons with the ATLAS detector,” SILAFAE 2012, December 14, 2012 [slides].

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Hoy se anunciará en el CERN el descubrimiento del primer fermión supersimétrico de tipo Majorana

Dibujo20121227 same-sign dimuon spectrum 2011 data ATLAS

Muchos ya daban por muerto el Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo (MSSM), pero ahora resurge cual zombie gracias al descubrimiento de la primera partícula de Majorana, un gluino con una masa alrededor de 105 GeV/c². Por ahora el descubrimiento ha de ser tomado con una pizca de sal, ya que la nueva partícula solo ha sido observada en el espectro de pares de muones con el mismo signo en el experimento ATLAS del LHC en el CERN; CMS aún no ha confirmado este gran descubrimiento. Rolf Heuer, director del CERN, no ha sido capaz de convencer a los responsables de la colaboración ATLAS, que ya huelen a Nobel, para retrasar el anuncio hasta la confirmación por su gran competidor, que se espera para febrero de 2013. La figura que abre esta entrada muestra el resultado observado tras analizar 4,7 /fb de colisiones a 7 TeV c.m. de 2011, que ya apuntaba a una posible señal. La nueva figura que se publicará esta tarde se ha obtenido tras analizar 13 /fb de colisiones a 8 TeV c.m. de 2012 y confirma a 5,02 sigmas la señal observada para la nueva partícula con m(μ±μ±)=105 GeV/c².

La blogosfera hierve con la noticia [aquí, aquí, aquí] que, repito por su importancia, será anunciada oficialmente hoy mismo en una rueda de prensa en el CERN a las 19:00 horas. El día 28 de diciembre de 2012 será recordado en todos los libros de historia de la ciencia por el anuncio del descubrimiento de la primera partícula supersimétrica, un gluino. El año 2012, el año del descubrimiento del Higgs y de la primera observación de una partícula de Majorana en un análogo físico de materia condensada, también será el año de la observación del gluino (aunque la confirmación definitiva no se producirá hasta 2013 tras la publicación de los resultados en el espectro dimuónico μ±μ± por parte de CMS). ¡Qué año más apasionante nos espera en 2013!

El análisis de la señal de la nueva partícula es difícil porque el espectro de pares de muones con el mismo signo ha de ser extraído de los eventos con múltiples muones (normalmente 3), lo que ha requerido el desarrollo de nuevos algoritmos de análisis. Os recuerdo a los despistados que en el modelo MSSM basado en una sola supersimetría N=1, los campos gauge bosónicos (fotón y gluón) tienen asociada una superpartícula fermiónica de espín 1/2 que es neutra para la carga eléctrica llamada de forma general gaugino (fotino y gluino). Estos fermiones neutros son partículas de Majorana ya que no tienen componentes quirales y presentan una señal muy clara en el espectro de pares leptones con el mismo signo. Tanto ATLAS como CMS tienen dificultades para determinar el signo de la carga de los electrones/positrones detectados en los calorímetros electromagnéticos, pero pueden hacerlo con éxito para los muones en los espectrómetros muónicos. ¿Puede un gluino de 105 GeV/c² ser responsable de la materia oscura? Por supuesto, de hecho, la sección eficaz calculada para el gluino recién descubrimiento apunta a que XENON100 y CDMS II deberían publicar la primer señal de la materia oscura en una búsqueda directa durante el verano 2013 (si no la observaran sería un duro varapalo para las búsquedas directas de materia oscura).

PS (17:30): Noticia de ultimísima hora. Se confirma que CMS también ha visto la nueva partícula. Rolf Heuer ha convencido en el último momento a Fabiola Gianotti para retrasar el anuncio del descubrimiento de la nueva partícula hasta el 1 de abril de 2013, para que también dé la noticia Joe Incandela. Un lunes que será recordado durante mucho tiempo en los libros de texto…

Qué ha pasado con la señal supersimétrica observada por el experimento CMS del LHC en el CERN

Confutatis maledictis, ammis acribus addictis, voca me cum benedictus.” Misa de Réquiem en Re menor, K. 626, de Wolfgang Amadeus Mozart. Curiosidad: en el cementario de Bilbao, aparece escrito sobre los capiteles de la columnata de la galería.

Traducción al español: “Rechazados los malditos, entregados a las crueles llamas, llámame a los benditos.”

Traducción libre al inglés de Mike Peskin: “Thousands of theory papers are being tossed into the furnace. Please, Lord, not mine!

La noticia hierve en muchos foros, el experimento CMS del LHC en el CERN ha encontrado lo que podría ser la primera señal de la supersimetría. Un pequeño exceso de eventos (colisiones) que presentan tres leptones y un evento que presenta cuatro leptones. Sorprendente. El LHC es un colisionador de hadrones y este tipo de eventos con muchos leptones son muy raros (muy poco probables). La supersimetría predice un incremento en el número de estos eventos, de ahí que la señal observada haya llamado la atención de mucha gente. Pero el otro gran experimento del LHC, llamado ATLAS, no ha observado ningún exceso en eventos con tres leptones, ni tampoco ningún evento con cuatro. Por ahora la estadística (número de colisiones) es baja y hay que acumular muchos más datos para confirmar o refutar estas primeras señales. En mi opinión se trata de una simple fluctuación estadística sin mayor relevancia. Pero en la blogosfera, ya se sabe, no todo el mundo opina lo mismo (y está muy bien que así sea para los que queremos aprender y disfrutar de diferentes puntos de vista).

La señal se presentó el 19 de octubre en el “Workshop on Searches for Supersymmetry at the LHC” celebrado en el LBNL (web indico), en concreto en la charla de Fedor Ratnikov, “Searches for multi-lepton Production in CMS” (slides). He de confesar que cuando ojeé las charlas de esta conferencia pasé por encima de la de Ratnikov sin darle mayor importancia, máxime cuando él mismo afirmaba “Observed data are essentially consistent with background expectations, no smoking gun for new physics yet.” Además, la ojeé justo después de la de Katarzyna Pajchel, “Searches for multi-lepton Production in ATLAS” (slides) que no mostró ninguna evidencia de estas señales. También merece la pena ojear las transparencias de Richard C. Gary, “CMS searches for R-parity violating SUSY” (slides) que ofrecen más detalles sobre este tema.

Matt Strassler, bloguero de física de partículas que aunque lleva poco tiempo en la blogosfera ya es bastante famoso por sus opiniones, se hizo eco de esta señal en “Something Curious at the Large Hadron Collider,” Of Particular Significance, October 19, 2011, y en “A Second Look at the Curious CMS Events,” OPS, October 20, 2011; en su opinión esta señal es mucho más importante de lo que ha indicado Ratnikov (Strassler omite mencionar a Pajchel). Lubos Motl, “CMS sees SUSY-like trilepton excesses,” The Reference Frame, October 20, 2011, también se hizo eco de la noticia (Motl es un gran creyente en que la supersimetría será encontrada en el LHC). Como resultado muchos otros hicieron lo propio, como Adam Mann, “Hints of New Physics Crop Up at LHC,” Wired.com, October 21, 2011; ZapperZ, “A Lifeline for Supersymmetry?,” Physics and Physicists, October 22, 2011; etc. Incluso en este blog, uno de vosotros me preguntó sobre esta noticia. Pido perdón, no le contesté pensando en escribir una entrada para este fin de semana.

Ya se sabe lo que pasa con la bola de nieve cuando la dejamos rodar cuesta abajo por una ladera nevada. Strassler repite en su artículo en varias ocasiones que “el exceso observado probablemente desaparecerá.” Pero lo que está claro es que él ha puesto en marcha la bola de nieve. En mi opinión hay que ser escéptico con este resultado. Las señales con múltiples leptones son difíciles de observar y analizar, y las colisiones protón-protón en el LHC son muy complicadas con múltiples vértices primarios apilados (se han documentado pile-ups de hasta 20 colisiones simultáneas). Por ejemplo, Eva Halkiadakis, “Searches for New Physics at CMS” (slides) ha mostrado una figura obtenida solo con los datos de 2010 (muy poquitos, como es bien sabido) que también muestra un exceso en los eventos con tres leptones; Lubos Motl se ha hecho eco de ello en “CMS sees a trijet and nonajet excess, too,” TRF, October 22, 2011. Obviamente, la observación de estos eventos en 2010 es de poco valor estadístico. Pero Lubos además ha destacado un evento con nueve leptones, citando el artículo de Tianjun Li et al., “Has SUSY Gone Undetected in 9-jet Events? A Ten-Fold Enhancement in the LHC Signal Efficiency,” ArXiv, 25 Aug 2011, que apunta a que la SUSY incrementa el número esperado de estos eventos en un factor de diez. Para mí es muy difícil creer que estos eventos con nueve leptones sean el producto de un solo vértice primario. Al menos con las “pocas” colisiones acumuladas en el LHC hasta ahora.

Mi postura en este asunto es similar a la de Peter Woit, “The Status of SUSY,” Not Even Wrong, October 22, 2011. La cita del Réquiem de Mozart que abre esta entrada está extraída del artículo de Michael E. Peskin, “Summary of Lepton Photon 2011,” ArXiv, 17 Oct 2011, un artículo que merece la pena leer. Woit destaca las páginas 37 a 41 donde Peskin discute los resultados del LHC sobre la supersimetría. Para Peskin no tiene sentido pretender descubrir la supersimetría tras el análisis de solo el 0,1% de las colisiones que se acumulará en el LHC durante los próximos 15 años (se refiere al 1 /fb de colisiones, ahora mismo con 5 /fb será el 0,5%). Más aún, para Peskin es muy posible que las partículas supersimétricas sean tan masivas que estén fuera del alcance de las colisiones del LHC a solo 7 TeV c.m. Habrá que preocuparse por la supersimetría cuando se hayan acumulado unos 10 /fb de colisiones a 14 TeV c.m. (el LHC en los próximos 15 años acumulará unos 100 /fb de colisiones).

Yo no creo que la supersimetría vaya a ser un descubrimiento temprano del LHC. Pero espero equivocarme.

Por cierto, yo disfruté mucho con el libro de Michael E. Peskin y Dan V. Schroeder, “An Introduction To Quantum Field Theory,” 1995. Aún me trae buenos recuerdos.

¿Qué pasa si no se encuentra la supersimetría en el LHC este año?

El LHC del CERN va viento en popa y logró su objetivo para todo 2011 en junio. Ya lo ha duplicado y va camino de quintuplicarlo. La supersimetría (SUSY) todavía no ha dado pruebas de su existencia. ¿Qué le pasará a la SUSY si el LHC no la encuentra este año? Nada, absolutamente nada. El modelo mínimo supersimétrico (MSSM) y la supergravedad mínima (mSUGRA) seguirán tan saludables como siempre. La SUSY seguirá resolviendo todos los problemas que sus defensores afirman que resuelve. Por ejemplo, una partícula candidata a la materia oscura en el rango de los 100 GeV. Lo único que pasará es que los squarks y los gluinos (superpartículas asociadas a los quarks y a los gluones) tendrán una masa mayor de 1 TeV, pero los sleptones, charginos y neutralinos podrían seguir teniendo masas por debajo de los 100 GeV. ¿Nada más? Pues sí, nada más, y no lo digo yo, lo afirma un artículo publicado en Physical Review D. Todo esto viene a colación por lo que siempre recuerda Paul D. Grannis (Fermilab)  en sus conferencias sobre el legado del Tevatrón: un artículo titulado “400 Physicists Fail to Find Supersymmetry” se publicó en el New York Times alrededor de 1992 (2009, video, 2011). El periodista autor de la noticia fue Malcolm W. Browne, quien se hacía eco de una conferencia celebrada en el Tevatrón del Femilab. Según la noticia, un arsenal de cerebros y tecnólogos trabajando en el Tevatrón (cuyas primeras colisiones fueron en 1987) nos recordaron a todos lo desagradable y difícil que es la ciencia, ya que sus hercúleos esfuerzos en pos de la supersimetría no habían tenido éxito. En 1993 la supersimetría todavía no había sido descubierta. Hoy, ya en 2011, tampoco. Más aún, me temo (aunque quisiera equivocarme) que en 2012 tampoco lo será. Pero en esta entrada lo que quiero recordarte, tanto si eres aficionado a la SUSY como si no, es que la SUSY no fue afectada por el “fracaso” en 1993 del Tevatrón, ni lo será por el “posible fracaso” del LHC en 2012. Por cierto, la noticia que recuerda (mal) Grannis fue “315 Physicists Report Failure In Search for Supersymmetry,” New York Times, January, 1993. Y el artículo técnico en PRD es Philip Bechtle et al., “What if the LHC does not find supersymmetry in the √s=7 TeV run?,” Phys. Rev. D 84: 011701, 19 July 2011 (ArXiv preprint). Este artículo considera la mSUGRA; resultados similares para el MSSM se publicaron en S. Scopel et al., “Impact of the recent results by the CMS and ATLAS collaborations at the CERN Large Hadron Collider on an effective minimal supersymmetric extension of the standard model,” Phys. Rev. D 83: 095016, 23 May 2011 (ArXiv preprint).

Por cierto, el número 315 en el titular del artículo del NYTimes hace referencia al número de autores del artículo F. Abe et al., “Search for squarks and gluinos from ppbar collisions at √s =1.8 TeV,”  Phys. Rev. Lett. 69: 3439–3443, 14 Dec. 1992. En un modelo MSSM (extensión supersimétrica del modelo estándar) con un fotino ligero (mγ̃<15 GeV/c2), el Tevatrón excluía con al 90% C.L. la existencia de squarks y gluinos con masas menores de 126 y 141 GeV/c2, respectivamente. En la actualidad (julio 2011) el Tevatrón excluye los squarks y gluinos con una masa inferior a unos 350 GeV/c2. Pero el LHC del CERN sube este límite a cerca de 1 TeV/c2; por ejemplo, ATLAS con 1 /fb de colisiones exluye squarks y gluinos con masas inferiores a 800 y 850 GeV/c2, valor que asciende a 1075 GeV/c2 bajo la hipótesis de que la masa de squarks y gluinos coincida. A finales de 2011 se espera acumular entre 4 y 5 /fb de colisiones protón-protón a 7 TeV c.m. en los experimentos ATLAS y CMS del LHC. Durante 2012 no se sabe aún si se seguirá con colisiones a 7 TeV c.m. o se pasará a 8 TeV c.m.; en el primer caso se acumularían más de 10 /fb a dicha energía.

Muchas de las soluciones de la SUSY a los problemas del modelo estándar se basan en los sleptones (selectrones y sneutrinos) y en los neutralinos (combinaciones del fotino, el zino, los winos y los higgsinos). Para estas partículas el LHC del CERN ofrece límites de exclusión mucho más pobres que para los squarks y gluinos. Basta recordar que para los mejores límites de exclusión para estas partículas, a día de hoy, siguen siendo los que en 2001 se obtuvieron con el LEP2 del CERN, que excluyó los sleptones y charginos con una masa inferior a unos 100 GeV/c2, y el neutralino más ligero, LSP, con una inferior a 45 GeV/c2. Como el Tevatrón y el LHC son colisionadores de hadrones sus límites de exclusión para la masa de estas partículas necesitan acumular un gran número de colisiones para ser competitivos con LEP2.

Ya lo dije y me repito, el LHC es la farola que alumbra la búsqueda de física más allá del modelo estándar. Los físicos teóricos están ajustando todas sus teorías físicas para que muestren señales bajo la luz del LHC. Si el LHC no encuentra la supersimetría bajo estos ajustes, lo único que se descartarán serán estos ajustes. Ni la supersimetría, ni tampoco la teoría de cuerdas o cualquier otra teoría compatible con la supersimetría, sufrirá ningún varapalo. Si es posible dibujar un elefante con solo cuatro números complejos, qué no será posible predecir con los cientos de parámetros libres que ofrece la supersimetría (solo el MSSM tiene unos 120 y es un modelo “mínimo”).

PS: Recomiendo la charla/curso de Matthew Reece (Princeton), “Assessing SUSY After 1 fb^{-1}],” KITP Program: The First Year of the LHC, Auguts 11, 2011. La charla a golpe de pizarra incluye una discusión muy interesante con varios miembros del público sobre la supersimetría y el LHC. Según Reece que la búsqueda directa en el LHC no encuentre la SUSY no es un problema grave; lo grave será cuando los datos cosmológicos (búsquedas indirectas) empiecen a ponerle problemas a la SUSY.

Según S. S. Abdus Salam el LHC del CERN no podrá refutar el modelo mínimo supersimétrico (MSSM)

La supersimetría introduce gran número de parámetros libres en el modelo estándar de las partículas elementales (más de 100). La extensión supersimétrica más sencilla del modelo estándar se llama MSSM (con conservación de la paridad R). Si el Large Hadron Collider (LHC) del CERN no encuentra la supersimetría en los próximos lustros, ¿se podrá descartar el modelo MSSM? Según S. S. Abdus Salam (no se trata del Premio Nobel de Física 1979 sino de otro físico que trabaja en el CERN), salvo que el bosón de Higgs tenga una masa fuera de los límites aceptables para el MSSM, el LHC del CERN no podrá refutar dicho modelo. Lo ha descubierto gracias a un análisis estadístico de los 20 parámetros más importantes del MSSM (el modelo llamado pMSSM donde el resto de los parámetros se fijan de forma “razonable” a partir de datos cosmológicos). Según Salam, los sistemas de disparo (trigger) de los detectores de los grandes experimentos del LHC, tanto ATLAS como CMS, no serán capaces de explorar todo el espacio paramétrico alcanzable por le modelo MSSM. Quedarán huecos sin explorar que tendrán que esperar a los futuros colisionadores lineales. Más detalles técnicos en S. S. Abdus Salam, “Can the LHC rule out the MSSM ?,” ArXiv, 12 Jun 2011.

En este blog también puedes leer “Humor: Los problemas de la supersimetría tras el primer año de colisiones en el LHC del CERN,” 18 marzo 2011; y “Nuevos límites de exclusión para la supersimetría según CMS y ATLAS del LHC en el CERN,” 17 febrero 2011; entre otros.

Humor: Los problemas de la supersimetría tras el primer año de colisiones en el LHC del CERN

Tira cómica en la presentación de Colin Bernet (CERN, CNRS/LLR), for the CMS collaboration, “Looking for SUSY,” Moriond EW 11, 15 March 2011.

Imagen que ilustra las conclusiones de la presentación de Sascha Caron (University of Freiburg), “SUSY searches at ATLAS,” Moriond EW 11, 15 March 2011.

Nuevas señales para buscar la supersimetría en el LHC del CERN

Ya lo contamos en “Cómo buscar la supersimetría debajo de la farola del LHC,” 27 Agosto 2010, y ahora nos lo cuentan en Physics, aprovechando que el artículo de Konar et al. ha sido aceptado en Physical Review Letters. La supersimetría tiene muchos parámetros libres y la mayoría están en la distribución de las masas de las superpartículas. Buscar a voleo es mucho más difícil que buscar a tiro fijo. Partha Konar y sus coautores han estudiado 362880 posibles ordenaciones de las masas de las superpartículas y han encontrado que un gran número de estas combinaciones presentan señales que serán muy fáciles de identificar en el LHC del CERN; por ejemplo, alrededor del 1% conduce a una desintegración en 8 leptones aislados, dos chorros de hadrones y cierta energía perdida. Señales que sin este trabajo de Konar et al. ha nadie se le hubiera ocurrido buscar en los ingentes datos que recopilará el LHC del CERN. Aún así, el gran número de posiblidades estudiadas por este artículo es solo un pequeño subconjunto del enorme número de posibilidades que ofrece la supersimetría (que incrementa el número de parámetros libres del modelo estándar, unos veinte y pico, hasta muchos más de cien). Para los interesados en más información, recomiendo el artículo divulgativo de Paul Langacker (IAS, Princeton), “Meet a superpartner at the LHC,” Physics 3: 98, 22 Nov. 2010, y el artículo técnico (de acceso gratuito) de Partha Konar, Konstantin T. Matchev, Myeonghun Park, Gaurab K. Sarangi (Universidad de Florida, Gainesville), “How to Look for Supersymmetry under the LHC Lamppost,” Phys. Rev. Lett. 105: 221801, 22 November 2010.

Para los interesados en lo que opinan los físicos de partículas experimentales sobre las posibilidades de que el LHC del CERN sea capaz de observar la supersimetría en las colisiones del próximo año (que empezarán de nuevo a finales de febrero) recomiendo la lectura de Baris Altunkaynak, Michael Holmes, Pran Nath, Brent D. Nelson, Gregory Peim, “SUSY Discovery Potential and Benchmarks for Early Runs at $\sqrt s =7$ TeV at the LHC,” ArXiv, 20 Aug 2010, que citan (aunque de pasada) el trabajo de Konar et al. Para leer sobre las posibilidades a más largo plazo recomiendo el artículo de H. Baer, V. Barger, A. Lessa, X. Tata, “Supersymmetry discovery potential of the LHC at √s=10 and 14 TeV without and with missing Et,” JHEP 0909: 063, 2009 [disponible gratis en ArXiv].