La bella teoría choca contra los datos

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La bella teoría choca contra los datos

Por : Ernesto Avelino Sáez Buitrago 03-03-2024

Los últimos resultados del LHC arrojan una sombra de duda sobre la teoría súper simétrica.

Basado en un artículo original de Geoff Brumfiel

Nature News

28 de febrero de 2011


"Maravillosa, bella y única", así es cómo Gordon Kane describe la teoría súper simétrica. Kane, un físico teórico de la Universidad de Michigan, en Ann Arbor, ha pasado cerca de 30 años trabajando en súper simetría, una teoría que él y otros cuantos creen capaz de resolver un buen montón de problemas acerca de nuestra comprensión del mundo subatómico.

Pero ahora se contempla con ansiedad el hecho de que la teoría, por muy elegante que sea, es errónea. Los datos arrojados por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC en el acrónimo inglés y más conocido), el acelerador de partículas de 27 kilómetros que cruza la frontera Suizo-Francesa cerca de Ginebra, Suiza, no ha enseñado ningún signo de las "súper partículas" que la teoría predice. "Estamos al borde del precipicio de la súper simetría", afirma Chris Lester, un físico de partículas de la Universidad de Cambridge, UK, que trabaja con el detector ATLAS del LHC. Junto con el experimento Solenoide Compacto de Muones, el ATLAS ha pasado todo el año a la caza de súper partículas, y está ahora preparado para recabar más información nada más que el LHC comience a correr a mucha más energía en las próximas semanas. Si los detectores no encuentran ninguna súper partícula para el final del año, la teoría puede afrontar serios problemas.

La súper simetría (conocida por los científicos como SUSY y pronunciada "Susie") nace en los años 70 como una vía para resolver un problema esencial del modelo estándar de partículas, que describe el conjunto de partículas fundamentales que constituyen la materia (ver el gráfico "El bestiario"). Los investigadores han encontrado hasta ahora todas las partículas predichas en el modelo, menos una: el bosón de Higgs, teorizada para dotar a las partículas de masa.

El Higgs es crucial para la teoría, pero su masa predicha está sujeta a fluctuaciones incontroladas causadas por efectos cuánticos provocados por otras partículas fundamentales. Estas fluctuaciones pueden incrementar la masa esperada del Higgs hasta un punto en el que otras partículas fundamentales deberían ser mucho más masivas de lo que son en realidad, rompiendo con ello el modelo estándar. Los teóricos pueden eliminar las fluctuaciones de las ecuaciones, pero solamente después de ajustar la masa del bosón de Higgs a un valor muy preciso; una fracción que sea más pesado o más ligero hace que todo el edificio teórico colapse. De hecho muchos físicos son críticos con cualquier teoría que necesita un ajuste tan fino para funcionar.

SUSY nos ofrece una alternativa para el problema del "ajuste fino". La teoría postula que cada partícula tiene una compañera súper simétrica y pesada. La mayoría de estas compañeras son inestables y raramente interactúan con la materia normal. Las fluctuaciones cuánticas de las partículas súper simétricas cancelan todas aquellas de las partículas regulares, haciendo que el bosón de Higgs vuelva a tener un aceptable rango de masa.

Los teóricos han descubierto también que SUSY, a su vez, puede ser útil para resolver otros problemas. Algunas de las más ligeras partículas súper simétricas pueden ser la elusiva materia oscura que los cosmólogos han estado buscando desde los años 30. Aunque jamás haya sido vista, la materia oscura compone sobre el 83% de la materia del universo, según las observaciones de cómo se mueven las galaxias. SUSY también puede usarse para juntar todas las fuerzas, excepto la gravedad, en una única fuerza a altas energías, un gran paso hacia la "teoría del todo" que unifica y explica todo lo conocido en física- uno de los objetivos más importantes de la ciencia. Pero quizás lo más importante para algunos teóricos, "SUSY es muy bella matemáticamente", dice Ben Allanach, un teórico de la Universidad de Cambridge.

La utilidad y la gracia matemática de SUSY ha creado una especie de "devoción religiosa" entre sus seguidores, dice Adam Falkowski, un teórico de la Universidad de París Sur, en Francia. Pero los colisionadores han fallado a la hora de encontrar evidencias directas de las súper partículas predichas por la teoría. El Tevatron del Acelerador Nacional Fermi de Batavia, Illinois, por ejemplo, tampoco ha encontrado ninguna pista de los quarks súper simétricos (squarcks) a masas por encima de los 379 gigaelectronvoltios (energía y masa se usan de manera intercambiable en el mundo de la física de partículas).

El LHC está acumulando rápidamente datos a más altas energías, descubriendo un territorio más pesado para las súper partículas. Esto crea un serio problema para SUSY. A medida que las súper partículas incrementan su masa,  no pueden cancelar a la perfección las problemáticas fluctuaciones cuánticas que deben ser capaces de corregir. Los teóricos pueden hacer que SUSY trabaje todavía, pero sólo asumiendo masas muy específicas para las súper partículas; precisamente el tipo de ajuste fino que había que sortear cuando la teoría fue inventada. Así como el LHC recaba más información, SUSY requerirá incrementar las masas de las partículas poco a poco.

El LHC ha doblado de lejos la masa límite alcanzada por el Tevatron, demostrando que no hay evidencia de squarks a energías por debajo de 700 gigaelectronvoltios. Hacia finales del año alcanzará 1.000 gigaelectronvoltio, que potencialmente arrojará luz sobre las más favorables variaciones de la teoría súper simétrica.

"Yo no diría que estoy preocupado", dice John Ellis, un teórico del CERN que ha trabajado en súper simetría por décadas. Él afirma que esperará hasta el final de 2012, cuando más aceleraciones a altas energías sean completados, antes de abandonar SUSY. Falkowski, que hace tiempo que es un crítico de la teoría, piensa que la falta de detecciones sugiere claramente que SUSY está muerta.

"En privado mucha gente piensa que la situación no es nada buena para SUSY", aseguró Alessandro Strumia, un teórico de la Universidad de Pisa, en Italia, que hace poco ha producido un artículo acerca del impacto de los últimos resultados del LHC en el problema del ajuste fino. "Este es un gran asunto político en nuestro campo", añadió, "para algunos grandes físicos, ésta es la diferencia entre recibir el Premio Nobel o admitir que han gastado sus vidas en el camino erróneo". Y Ellis añadió "he trabajado en esto al menos durante 30 años y me imagino que algunos estarán poniéndose nerviosos".

"Muchas cosas cambiarán si fallamos descubriendo SUSY", recordó Lester. Los físicos teóricos tendrán que volver al tablero de dibujo para tratar de encontrar una vía alternativa que resuelva los problemas del modelo estándar. Esto no es necesariamente algo malo, consideró: "para los físicos de partículas será algo muy excitante".

Artículo original:

"Beautiful theory collides with smashing particle data" (Fuente: Nature).


Bibliografía:

1. ATLAS Collaboration. Search for supersymmetry using final states with one lepton, jets, and missing transverse momentum with the ATLAS detector in sqrt{s} = 7 TeV pp.  arXiv:1102.2357v2 [hep-ex] (2011).
2. CMS Collaboration. Search for Supersymmetry in pp Collisions at 7 TeV in Events with Jets and Missing Transverse Energy. arXiv:1101.1628v1 [hep-ex] (2011).
3. ATLAS Collaboration. Search for squarks and gluinos using final states with jets and missing transverse momentum with the ATLAS detector in sqrt(s) = 7 TeV proton-proton collisions. arXiv:1102.5290v1 [hep-ex] (2011).
4. Strumia, A. The fine-tuning price of the early LHC. arXiv:1101.2195v2 [hep-ph] (2011).

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