viernes, 25 de febrero de 2011

¿Encontrará el LHC supersimetría?

Los primeros resultados de supersimetría en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) han sido analizados por los físicos sugiriendo que la teoría podría estar en problemas. Los datos de las colisiones de protones recolectados tanto por el Solenoide compacto de muones (CMS) y los experimentos ATLAS no han mostrado evidencia de partículas supersimétricas o - s partículas - que se prevé por extensión pertenecientes el Modelo Estándar de física de partículas.

La supersimetría (SUSY) es un concepto atractivo, porque ofrece una solución al "problema de la jerarquía" de la física de partículas, proporcionando una manera de unificar las fuerzas núclear débil y fuerte e incluso contiene una partícula de materia oscura. Un resultado importante de la teoría es que cada partícula conocida tiene por lo menos una partícula compañera  o "s partícula". El familiar neutrino, por ejemplo, está asociado con el s-neutrino aún por ser descubierto. Estas spartículas se espera posean masas de alrededor de un teraelectronvoltio (TeV), lo que significa que debe crearse en el LHC.

En enero, la colaboración CMS informó de su búsqueda de superparejas de quarks y gluones, llamada squarks y gluinos, en el detector. Si estas spartículas pesadas se producen en las colisiones protón-protón, se espera que la descomposición de quarks y gluones, genere  un relativamente ligero, neutralino estable.

SUSY respuesta a la materia oscura


Los quarks y los gluones gastan la energía que estaba ligada a la masa de la spartículas mediante la creación de una cascada de otras partículas, formando chorros en el detector. Pero neutralinos son la respuesta de la supersimetría a la masa invisible del universo, la llamada materia oscura. Estos escapan del detector, su presencia se deduce sólo a través de la "falta de energía" en el detector.

Los físicos de CMS fueron a la caza de SUSY en los datos de la colisión mediante la búsqueda de dos o más de estas colisiones, que coinciden con la energía que falta. Por desgracia, el número de colisiones que se reunieron estas condiciones no era mayor de lo esperado con la física del modelo estándar solo. Como resultado, la única colaboración podría informar los nuevos límites de una variación de SUSY llamadao modelo estándar supersimétrico restringido mínima (CMSSM) con un mínimo de supergravedad (mSUGRA).

Colaboradores de ATLAS mo solo eligieron decaimientos posibles para la spartículas hipotéticas, sino que han buscado un electrón o su primo más pesado, el muón, apareciendo al mismo tiempo como un chorro de energía y desapareciendo. Investigadores de ATLAS onservaron menos eventos que coinciden con su búsqueda y así pudieron establecer límites más altos, descartando las masas de gluinos por debajo de 700 GeV, asumiendo un modelo CMSSM y mSUGRA en la que el squarks gluino y teniendo masas iguales.

¿Presagios buenos o malos?

Muchos creen que estos límites no son malos augurios para SUSY. Las versiones más generales de la teoría poseen más de un centenar de variables, por lo que estas subteorías simplifican la idea a un punto en que se puede hacer predicciones acerca de las interacciones de partículas. "Es sólo una manera de comparar con los experimentos anteriores," dice Roberto Rossin CMS físico de la Universidad de California, Santa Barbara. "Nadie cree realmente que este es el modelo que eligió la naturaleza".

Emir Farbin colaborador de ATLAS, de la Universidad de Texas, Arlington, llama a estos primeros resultados un "aperitivo" de las búsquedas SUSY que se tratarán en las conferencias de marzo de Moriond en La Thuile, Italia. "En este momento, no estamos realmente descartando ninguna teoría", añade.


Sin embargo, los científicos de CMS Tommaso Dorigo del Instituto Nacional de Física Nuclear en Padova, Italia, y Strumia Alessandro del Instituto Nacional de Química Física y Biofísica en Tallin, Estonia, consideran que hay alguna causa de preocupación. La supersimetría debe "romper", haciendo que spartículas mucho más pesadas que sus parejas. Es lógico que esto suceda con la misma energía de la ruptura de la simetría electrodébil - el punto en que los portadores de la fuerza débil se vuelve masivos, mientras que el fotón se queda sin masa-.

Esto se cree que ocurre en la vecindad de 250 GeV. "Pero los resultados del LHC nos dicen ahora que las partículas supersimétricas estan de alguna manera por encima de la escala débil", considera Strumia.

Dorigo señala que a pesar de que SUSY pueda permitir masas spartículas alta, su principal ventaja de resolver el problema de la jerarquía es más "natural" para las masas, cerca de la escala electrodébil. El problema de la jerarquía consiste en partículas virtuales de conducción hasta la masa del bosón de Higgs. Mientras que las partículas supersimétricas pueden cancelar este efecto, los modelos suelen ser muy complejos si la s-partículas son demasiados grandes.

John Ellis del CERN College y King's de Londres no están de acuerdo que los resultados del LHC causen nuevos problemas para la supersimetría. Debido a que en el LHC choca interacción fuerte de quarks y gluones dentro de los protones, se puede producir con mayor facilidad sus homólogos de interacción fuerte, la squarks y gluinos. Sin embargo, en muchos modelos de los socios supersimétricos de los electrones, muones y los fotones son más ligeros y sus masas podrían estar cerca de la escala electrodébil, dice.

Búsquedas Benchmar

Konstantin Matchev colaborador de CMS de la Universidad de Florida, explica que la nueva física que se esperaba entre 1 y 3 TeV - un rango que los experimentos del LHC apenas han comenzado a explorar. En particular, señala que de los 14 " de referencia" para la búsqueda de la supersimetría establecida por los colaboradores de la CMS, sólo se han probado las dos primeras.

"En tres años, si hemos cubierto todos estos puntos de referencia, entonces podemos decir que la perspectiva no se ve bien. Por ahora es sólo el comienzo", considera Matchev.

Pero no todo el mundo es optimista sobre el descubrimiento de SUSY. "Vamos a entrar en una crisis, creo que, en pocos años", predice Dorigo, escéptico de la teoría, porque introduce nuevas partículas que muchos de los datos que actualmente no muestran "pistas". Sin embargo, a pesar de que iba a perder una apuesta de $ 1000, dice que él seguiría siendo de los primeros en celebrar si el LHC descubre tales spartículas.

La resultados CMS y ATLAS  están disponibles en arXiv.

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