Hubo una enorme expectación cuando se detectó por primera vez el bosón de Higgs, allá por 2012: un descubrimiento que obtuvo 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 las partículas.
Ahora, los científicos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN creen que quizá hayan observado otra partícula, detectada como un pico a cierta energía en los datos, aunque el hallazgo aún no se ha confirmado. De nuevo, hay mucha expectación entre los físicos de partículas, pero esta vez se mezcla con cierta inquietud. A diferencia de la partícula de Higgs, que confirmó nuestra comprensión de la realidad física, esta nueva partícula parece amenazarla.
El nuevo resultado —que consiste en una misteriosa protuberancia en los datos a 28 GeV (una unidad de energía)— se ha publicado como prepublicación en ArXiv. Aún no ha aparecido en una revista con revisión por pares, pero eso no supone un gran problema. Las colaboraciones del LHC tienen procedimientos internos de revisión muy estrictos, y podemos confiar en que los autores han hecho bien los cálculos cuando informan de una «significación de 4,2 desviaciones estándar». Eso significa que la probabilidad de obtener por azar un pico de este tamaño —generado por ruido aleatorio en los datos y no por una partícula real— es de tan solo el 0,0013 %. Es ínfima: 13 entre un millón. Así que parece que debe de tratarse de un suceso real y no de ruido aleatorio, pero nadie está descorchando todavía el champán.
Qué dicen los datos
Muchos experimentos del LHC, que hacen chocar entre sí haces de protones (partículas del núcleo atómico), buscan indicios de partículas nuevas y exóticas observando acumulaciones inusuales de partículas conocidas, como fotones (partículas de luz) o electrones. Esto se debe a que las partículas pesadas e «invisibles», como el Higgs, suelen ser inestables y tienden a desintegrarse en partículas más ligeras, que son más fáciles de detectar. Por tanto, podemos buscar estas partículas en los datos experimentales para averiguar si son el resultado de la desintegración de una partícula más pesada. El LHC ha descubierto muchas partículas nuevasmediante estas técnicas, y todas encajaban en el modelo estándar.
El nuevo hallazgo procede de un experimento en el que se utilizó el detector CMS, que registró varios pares de muones, partículas bien conocidas y fáciles de identificar que son similares a los electrones, pero más pesadas. Se analizaron sus energías y direcciones y se planteó esta pregunta: si este par procediera de la desintegración de una única partícula progenitora, ¿cuál sería la masa de esa partícula?
En la mayoría de los casos, los pares de muones proceden de fuentes distintas: se originan en dos sucesos diferentes, no en la desintegración de una sola partícula. Si en esos casos se intenta calcular la masa de una partícula progenitora, los valores se distribuirían en un amplio intervalo de energías, en lugar de formar un pico estrecho justo a 28 GeV (o a otra energía) en los datos. Pero en este caso sí parece haber un pico. Quizá. Puedes observar la figura y juzgar por ti mismo.
¿Es este un pico real o solo una fluctuación estadística debida a la dispersión aleatoria de los puntos alrededor del fondo (la curva discontinua)? Si es real, significa que algunos de estos pares de muones sí procedían de una partícula progenitora grande que se desintegró emitiendo muones, y que nunca antes se había observado una partícula de 28 GeV como esta.
Todo resulta bastante intrigante, pero la historia nos ha enseñado a ser cautos. En el pasado han aparecido efectos de esta relevancia que luego han desaparecido al recopilar más datos. La anomalía Digamma(750) es un ejemplo reciente de una larga sucesión de falsas alarmas: «descubrimientos» espurios causados por fallos en los equipos, análisis excesivamente entusiastas o, sencillamente, mala suerte.
Esto se debe en parte a algo llamado el «efecto de buscar en otra parte»: aunque la probabilidad de que el ruido aleatorio produzca un pico al fijarse específicamente en el valor de 28 GeV quizá sea de 13 entre un millón, ese ruido podría generar un pico en otro punto de la gráfica, quizá a 29 GeV o a 16 GeV. Si se consideran por separado, las probabilidades de que esto se deba al azar también son ínfimas, pero la suma de esas pequeñas probabilidades no lo es tanto (aunque sigue siendo bastante pequeña). Eso significa que no es imposible que el ruido aleatorio genere un pico.
También hay algunos aspectos desconcertantes. Por ejemplo, la protuberancia apareció en una toma de datos del LHC, pero no en otra, en la que la energía se había duplicado. Cabría esperar que cualquier fenómeno nuevo se acentuara al aumentar la energía. Puede que haya razones para ello, pero por ahora es un hecho que resulta incómodo.
¿Una nueva realidad física?
La teoría es aún más desconcertante. Así como los físicos experimentales de partículas dedican su tiempo a buscar partículas nuevas, los teóricos se dedican a pensar en partículas nuevas que tendría sentido buscar: partículas que completarían las piezas que faltan del modelo estándar, explicarían la materia oscura (un tipo de materia invisible), o ambas cosas. Pero nadie ha propuesto nada parecido.
Por ejemplo, los teóricos sugieren que podríamos encontrar una versión más ligera de la partícula de Higgs. Pero una partícula de ese tipo no se desintegraría en muones. También se ha hablado de un bosón Z ligero o de un fotón pesado, pero interactuarían con los electrones. Eso significa que probablemente ya los habríamos descubierto, pues los electrones son fáciles de detectar. La posible nueva partícula no coincide con las propiedades de ninguna de las propuestas.
Si esta partícula existe realmente, no solo queda fuera del modelo estándar, sino que lo hace de una forma que nadie había previsto. Así como la gravedad newtoniana dio paso a la relatividad general de Einstein, el modelo estándar será sustituido. Pero el modelo que lo reemplace no será ninguno de los candidatos favoritos que ya se han propuesto para ampliar el modelo estándar, entre ellos la supersimetría, las dimensiones adicionales y las teorías de la gran unificación. Todas proponen partículas nuevas, pero ninguna con propiedades como las de la que quizá acabamos de observar. Tendrá que ser algo tan extraño que nadie lo haya propuesto todavía.
Por suerte, el otro gran experimento del LHC, ATLAS, tiene datos similares de sus experimentos. El equipo todavía los está analizando y presentará sus resultados a su debido tiempo. La experiencia cínica dice que informarán de una señal nula y que este resultado se sumará a la galería de fluctuaciones estadísticas. Pero quizá —solo quizá— vean algo. Y entonces la vida de los experimentalistas y los teóricos se volverá de repente muy ajetreada e interesante.
