La nueva y pesada partícula que es seis veces más grande que el famoso bosón de Higgs

La misteriosa partícula que fue detectada en el Gran Colisionador (Español/English+fotos)

El gran colisionador está revolucionando los descubrimientos del hombre
El gran colisionador está revolucionando los descubrimientos del hombre

Desde que en abril del año pasado reiniciaron sus operaciones, todo ha estado muy callado en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el mayor centro de investigación dedicado a la física de partículas del mundo.

Pero que este silencio no te engañe, los físicos han estado trabajando muy duro analizando los datos recogidos por el acelerador de partículas más poderoso del planeta, que ahora opera a niveles de energía e intensidad sin precedentes.

Y sus esfuerzos no han sido en vano, porque en los pasillos y oficinas del CERN (siglas en francés de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, situada en las afueras de Ginebra) aumenta la emoción por un “golpe” de partículas detectado en los datos generados por el LHC.

El LHC hace que dos rayos de luz de partículas de protones choquen a 100 metros bajo tierra. Y es en los escombros de este choque que los científicos escarban para encontrar nuevas partículas.

El año pasado, de las billones de colisiones que se hicieron, los expertos detectaron más partículas de fotones (luz) que las esperadas.

Más precisamente, detectaron un exceso de pares de fotones con una masa combinada de 750 gigaelectronvoltios (GeV).

Y ese”golpe” podría ser la señal que revele una nueva y pesada partícula que es seis veces más grande que el famoso bosón de Higgs, descubierto por el CERN en 2012.

Confirmar el descubrimiento de esta nueva partícula sería muy emocionante porque la teoría más aceptada sobre la física de las partículas, el Modelo Estándar, no puede explicar todas las cosas que observamos del mundo que nos rodea.

Por ejemplo, esta teoría no dice nada sobre la materia oscura, esa cosa misteriosa de lo que está hecho el 27% del Universo.

Razón por la cual en el CERN están buscando pistas de nuevos fenómenos físicos que les ayude a entender mejor el cosmos.

La nueva y pesada partícula que es seis veces más grande que el famoso bosón de Higgs
La nueva y pesada partícula que es seis veces más grande que el famoso bosón de Higgs

Desde que en 2008 empezó a funcionar el LHC, han recibido todo tipo de señales, que luego se someten al escrutinio de expertos que seleccionan aquellas verdaderamente relevantes.

En el caso de esta nueva señal, el profesor Stefan Söldner-Rembold, jefe del departamento de física de partículas de la universidad de Manchester, señala que se necesita de más datos para asegurarse de que no desaparezca. “Hasta entonces, debemos ser cautelosos”.

“La gran razón por la que las personas están emocionadas con este golpe es que los dos experimentos que se hicieron registraron la señal a más o menos el mismo lugar. Pero incluso esto no es completamente improbable”, agregó.

Semanas cruciales

La regla de oro para anunciar un descubrimiento en el área de la física de partículas es un umbral estadístico conocido como cinco sigma.

Esto corresponde a una probabilidad de una en 3,5 millones que la señal observada es una casualidad -más o menos la misma probabilidad que hay en lanzar una moneda y que salga cabeza 21 o 22 veces seguidas.

En los últimos meses se han publicado en el servidor Arxiv una serie de artículos científicos que buscan explicar la anomalía.

Pero recientemente empezó a circular en blogs especializados que en los últimos datos analizados del LHC la señal se está desvaneciendo.

En los próximos meses, los nuevos resultados del LHC serán presentados en una conferencia en Chicago, que incluirá muchísimos más datos acumulados en el 2016.

Así que las próximas semanas van a ser cruciales para determinar si la señal de 750 GeV es sólo un espejismo, o algo más.

Pero lo que ya sabemos de la supuesta partícula está desconcertando a los expertos.

Lo que se maneja

Si está ahí, sabemos que se desintegra en dos fotones (partículas de luz) y que en consecuencia, debe tener un “giro” de cero o dos.

En la física, un giro es una propiedad de las partículas elementales de la mecánica cuántica que tiene muchas aplicaciones prácticas, como los escáner de resonancia magnética (MRI).

Si el giro de la partícula es cero, como el bosón de Higgs, potencialmente podría ser un primo más pesado de la partícula descubierta en 2012.

Otra posibilidad, en donde la partícula lleva un giro de dos, conduce a la idea de que puede ser una forma de gravitón: una partícula puramente teórica que imparte la cuarta fuerza: gravedad.

La gravedad es uno de los grandes rompecabezas de la física que no se puede explicar con el Modelo Estándar.

Pero alguno físicos se muestran escépticos de que una partícula como el gravitón sea la solución al problema y favorecen otras explicaciones distintas a la cuarta fuerza.

Muchos físicos que trabajan en el LHC han estado trabajando muy duro para confirmar una teoría conocida como supersimetría.

La idea propone la existencia de partículas “socio”al Modelo Estándar no vistas hasta ahora.

El socio supersimétrico de Higgs se llama Higgsino, el de gluón se conoce como gluino y así.

Pero sea lo que fuera la señal de 750 GeV,los expertos están bastante seguros de que no se trata de la primera partícula supersimétrica.

La emoción de lo desconocido

“Algo que no puedes incorporar en una teoría conocida es muy emocionante porque significa que es algo fundamental que no se ha entendido”, explicó el profesor Söldner-Rembold.

Y si se confirma una partícula, no debería estar sola.

Idealmente, si este es un indicativo de algún sector nuevo, entonces deben aparecer nuevas partículas en una escala parecida o mayor”, agregó.

La ausencia de cualquier evidencia de supersimetría en el LHC hasta ahora ha dado lugar a algunas versiones sencillas de la teoría de exclusión, mientras que otras se están poniendo bajo presión.

Pero los partidarios a la idea dicen que todavía hay una gran cantidad de territorio por explorar en el LHC.

“La supersimetría no es algo que la gente sencillamente se inventó. Responde ciertos problemas en el Modelo Estándar que no se han respondido”, dijo Söldner-Rembold, añadiendo que todavía no deberíamos descartar la idea.

Y si el “golpe” 750 GeV resulta ser algo real -o no-, el físico de Manchester hace hincapié en que el LHC es un esfuerzo a largo plazo con décadas por delante.

A pesar de la relativa rapidez con que se descubrió el bosón de Higgs, el LHC nunca iba a llevar a una bonanza de descubrimientos cada año.

Quizás deberíamos acostumbrarnos a la idea de que el Universo no va a decirnos sus secretos con tanta facilidad.  (BBC Mundo)

Physicists see an excess of photon pairs at 750 GeV, the possible decay products of a new particle
Physicists see an excess of photon pairs at 750 GeV, the possible decay products of a new particle

English

Has the LHC discovered a new particle?

After its much heralded re-start last year, has the world’s biggest machine, the Large Hadron Collider, found a new particle?

You could be forgiven for thinking that things had gone a little quiet at Cern in Switzerland after the LHC was switched on to great fanfare in April 2015.

But physicists have been hard at work crunching data collected by the world’s most powerful particle accelerator, which is now operating at unprecedented levels of energy and intensity.

Their efforts may not have been in vain, because there has been growing excitement in the hallways and offices at Cern in Geneva over a so-called “bump” in the data from the LHC’s particle collisions.

The LHC smashes two beams of proton particles together about 100m beneath the French-Swiss border. Scientists then scour the debris of these smash-ups for hints of previously undiscovered particles.

Last year, out of trillions of such collisions, scientists detected more photon (light) particles being produced than expected – the aforementioned “bump”. More precisely, they saw an excess of photon pairs with a combined mass of 750 Gigaelectronvolts (GeV).

This could be the tell-tale sign of a new, heavy particle that’s about six times more massive than the famed Higgs boson – discovered at Cern in 2012.

The discovery of a new particle would be so exciting because the most widely accepted theory of particle physics, the Standard Model, can’t explain everything we observe about the world around us.

A giant depiction of the CMS experiment adorns the atrium of building 40 at Cern
A giant depiction of the CMS experiment adorns the atrium of building 40 at Cern

It says nothing, for example, about dark matter – the mysterious stuff that makes up some 27% of the Universe. So scientists at Cern are searching for hints of new physical phenomena which could lead the way to a deeper understanding of the cosmos.

Signals have come and gone since the LHC first went online back in September 2008. Such statistical fluctuations are expected, and the bumps usually get ironed out with the addition of more data.

“More data is needed to be sure the signal doesn’t go away – until then we have to be cautious,” explained Prof Stefan Söldner-Rembold, head of particle physics at the University of Manchester.

“The big reason that people are excited about this bump is that both experiments (Atlas and CMS) saw a hint in roughly the same place. But even this is not completely unlikely.”

The gold standard for claiming a discovery in particle physics is a statistical threshold known as five sigma. This corresponds to a chance of one in 3.5 million that the observed signal is a fluke, and roughly the same likelihood as tossing a coin and getting 21 or 22 heads in a row.

Has the LHC discovered a new particle?

A slew of scientific papers seeking to explain the anomaly have been uploaded to the Arxiv pre-print server in recent months. However, in the last few weeks, rumours have begun to circle on blogs about the signal fading as the latest data from the LHC are analysed.

Later this summer, the LHC experiments will present their newest results at a conference in Chicago with significantly more data. Indeed, officials at Cern said the LHC has already accumulated more data in 2016 than it did last year.

So the coming weeks will be crucial for telling whether the 750 GeV signal is a simple mirage or something more.

But what we do know about the putative particle already restricts the possibilities.

If it’s there, we know that it decays to two photons (light particles) and that, consequently, it must have a “spin” of either zero or two. In physics, spin is a quantum mechanical property of elementary particles which has several practical applications, such as in magnetic resonance imaging (MRI).

If the particle’s spin is zero, like the Higgs boson, it could potentially be a heavier cousin of that particle discovered in 2012.

Another possibility, that the particle carries a spin of two, has led to the idea it could be a form of the graviton – a purely theoretical particle which imparts the fourth force, gravity. Gravity is one of the big puzzles in physics that remain unexplained by the Standard Model.

But some physicists are sceptical that a particle like the graviton answers the problem, and favour other explanations to the fourth force.

Many physicists working at the LHC have been looking hard for confirmation of a leading theory known as supersymmetry. The idea proposes the existence of hitherto unseen “partner” particles to those in the Standard Model. The Higgs’ supersymmetric partner is dubbed the Higgsino, the gluon’s is known as the gluino and so on.

But whatever the 750 GeV signal is, physicists are fairly sure it isn’t the first supersymmetric particle.

“Something that you cannot incorporate in a known theory of physics can be very exciting because it means there’s something fundamental that’s not understood,” Prof Söldner-Rembold explained.

And if a particle is confirmed, it shouldn’t be alone.

“Ideally, if this is an indication of some new sector, then new particles should show up at similar scales or higher,” he added.

The absence of any evidence for supersymmetry at the LHC so far has led to some simple versions of the theory being excluded, while others are being put under pressure. But adherents of the idea say there is still a vast amount of open territory still to be explored at the LHC.

“Supersymmetry isn’t something people just made up. It addresses certain problems in the Standard Model which remain unsolved,” said Prof Söldner-Rembold, adding that we shouldn’t give up on the idea yet.

And whether the 750 GeV “bump” turns out to be something real, or not, the Manchester University particle physicist stresses that the LHC is a long-term endeavour with decades still to run.

Despite the relative swiftness with which the LHC discovered the Higgs boson, this was never going to lead to a bonanza of discoveries every year. Perhaps we should get used to the idea that the Universe isn’t going to give up its secrets so easily.  (BBC News)