Hubo una gran cantidad de entusiasmo cuando el bosón de Higgs fue descubierto por primera vez en 2012, un descubrimiento que ganó el Premio Nobel de Física en 2013. La partícula completó el llamado modelo estándar, nuestra mejor teoría actual para comprender la naturaleza a nivel de partículas.

Ahora los científicos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Cern creen que pueden haber visto otra partícula, detectado como un pico en una determinada energía en los datos, aunque el hallazgo aún no se ha confirmado. Una vez más, hay mucho entusiasmo entre los físicos de partículas, pero esta vez está mezclado con una sensación de ansiedad. A diferencia de la partícula de Higgs, que confirmó nuestra comprensión de la realidad física, esta nueva partícula parece amenazarlo.

El nuevo resultado, que consiste en un aumento misterioso en los datos a 28 GeV (una unidad de energía), se ha publicado como una preimpresión en ArXiv . Todavía no está en una revista revisada por pares, pero eso no es un gran problema. Las colaboraciones del LHC tienen procedimientos de revisión internos muy estrictos, y podemos estar seguros de que los autores han hecho las sumas correctamente cuando informan una "significación de desviación estándar de 4.2". Eso significa que la probabilidad de obtener un pico tan grande por casualidad, creado por ruido aleatorio en los datos en lugar de una partícula real, es solo del 0,0013%. Eso es minúsculo:13 en un millón. Entonces parece que debe ser un evento real en lugar de un ruido aleatorio, pero nadie ha abierto el champán todavía.

Que dicen los datos

Muchos experimentos del LHC, que rompen haces de protones (partículas en el núcleo atómico) juntos, encontrar evidencia de partículas nuevas y exóticas buscando una acumulación inusual de partículas conocidas, como fotones (partículas de luz) o electrones. Esto se debe a que las partículas pesadas e "invisibles", como el Higgs, a menudo son inestables y tienden a desintegrarse (descomponerse) en partículas más ligeras que son más fáciles de detectar. Por lo tanto, podemos buscar estas partículas en datos experimentales para determinar si son el resultado de una desintegración de partículas más pesada. El LHC ha encontrado muchas partículas nuevas mediante tales técnicas, y todos han encajado en el modelo estándar.

El nuevo hallazgo proviene de un experimento con el detector CMS, que registró una serie de pares de muones, partículas bien conocidas y fácilmente identificables que son similares a los electrones, pero más pesado. Analizó sus energías y direcciones y preguntó:si este par proviene de la desintegración de una sola partícula parental, ¿Cuál sería la masa de ese padre?

En la mayoría de los casos, los pares de muones provienen de diferentes fuentes, que se originan a partir de dos eventos diferentes en lugar de la desintegración de una partícula. Si intenta calcular una masa madre en tales casos, por lo tanto, se extendería en una amplia gama de energías en lugar de crear un pico estrecho específicamente a 28GeV (o alguna otra energía) en los datos. Pero en este caso ciertamente parece que hay un pico. Quizás. Puedes mirar la figura y puedes juzgar por ti mismo.

¿Es este un pico real o es solo una fluctuación estadística debido a la dispersión aleatoria de los puntos sobre el fondo (la curva discontinua)? Si es real, eso significa que algunos de estos pares de muones realmente provienen de una gran partícula madre que se descompuso al emitir muones, y nunca antes se había visto una partícula de 28 GeV.

Así que todo parece bastante intrigante, pero, la historia nos ha enseñado la cautela. Efectos tan significativos han aparecido en el pasado, solo para desaparecer cuando se toman más datos. La anomalía Digamma (750) es un ejemplo reciente de una larga sucesión de falsas alarmas:"descubrimientos" espurios debido a fallas en el equipo, análisis demasiado entusiasta o simplemente mala suerte.

Esto se debe en parte a algo llamado "efecto buscar en otra parte":aunque la probabilidad de que el ruido aleatorio produzca un pico si observa específicamente un valor de 28 GeV puede ser de 13 en un millón, tal ruido podría dar un pico en algún otro lugar de la trama, tal vez a 29GeV o 16GeV. Las probabilidades de que estos se deban al azar también son mínimas cuando se consideran respectivamente, pero la suma de estas pequeñas probabilidades no es tan pequeña (aunque sigue siendo bastante pequeña). Eso significa que no es imposible que un ruido aleatorio cree un pico.

Y hay algunos aspectos desconcertantes. Por ejemplo, la protuberancia apareció en una ejecución del LHC pero no en otra, cuando la energía se duplicó. Uno esperaría que cualquier fenómeno nuevo se hiciera más grande cuando la energía es mayor. Puede ser que haya razones para esto, pero de momento es un hecho incómodo.

¿Nueva realidad física?

La teoría es aún más incongruente. Así como los físicos de partículas experimentales pasan su tiempo buscando nuevas partículas, los teóricos pasan su tiempo pensando en nuevas partículas que tendría sentido buscar:partículas que llenarían las piezas faltantes del modelo estándar, o explicar la materia oscura (un tipo de materia invisible), o ambos. Pero nadie ha sugerido nada parecido.

Por ejemplo, los teóricos sugieren que podríamos encontrar una versión más ligera de la partícula de Higgs. Pero nada de ese tipo no se descompondría en muones. También se ha hablado de un bosón Z ligero o un fotón pesado, pero interactuarían con los electrones. Eso significa que probablemente ya deberíamos haberlos descubierto, ya que los electrones son fáciles de detectar. La potencial nueva partícula no coincide con las propiedades de ninguna de las propuestas.

Si esta partícula realmente existe, entonces no solo está fuera del modelo estándar, sino fuera de él de una manera que nadie anticipó. Así como la gravedad newtoniana dio paso a la relatividad general de Einstein, el modelo estándar será reemplazado. Pero el reemplazo no será ninguno de los candidatos predilectos que ya se ha propuesto para extender el modelo estándar:incluida la supersimetría, dimensiones extra y teorías de gran unificación. Todos estos proponen nuevas partículas, pero ninguno con propiedades como la que acabamos de ver. Tendrá que ser algo tan extraño que nadie lo haya sugerido todavía.

Afortunadamente, el otro gran experimento del LHC, ATLAS, tiene datos similares de sus experimentos El equipo todavía lo está analizando, e informará a su debido tiempo. La experiencia cínica dice que reportarán una señal nula, y este resultado se unirá a la galería de fluctuaciones estadísticas. Pero tal vez, solo tal vez, vean algo. Y entonces la vida de los experimentales y teóricos se volverá repentinamente muy ocupada y muy interesante.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.