Una nueva partícula planea tras los últimos resultados del LHC

El pasado domingo circularon por última vez en 2015 las partículas por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Esta semana, los responsables de los dos grandes experimentos del gran colisionador, ATLAS y CMS, han presentado los resultados, que han generado rumores y esperanzas de descubrir algo nuevo entre la comunidad de investigadores del CERN.

Uno de los resultados más enigmáticos es la observación de un ligero exceso en el canal de desintegración del difotón (del que surgen dos fotones), un evento que puede esconder la existencia de una nueva partícula.

Los científicos calculan la masa de las partículas hipotéticas que se desintegran para formar un par de fotones, y observan cómo se repiten diferentes masas en los sucesos del LHC. Si esta distribución no corresponde con lo que se espera en procesos conocidos, es decir, aparece un 'exceso' en una masa específica que no se corresponde con ninguna partícula conocida, entonces podría indicar que se ha producido una nueva partícula (y desintegrado produciendo dos fotones).

“Por el momento este exceso es compatible con una simple fluctuación estadística, y se necesitarán más datos para confirmar si al final se trata de una simple fluctuación o no”, subraya a Sinc Juan Alcaraz, coordinador de Física del experimento CMS, “aunque ese exceso también podría implicar la presencia de una partícula de espín 0 o 2”.

En el caso de espín 0, sería lo que se denomina un escalar, similar al bosón de Higgs recientemente descubierto, aunque con diferentes propiedades (más pesado, por ejemplo); o también un pseudoescalar, parecido en propiedades a las de un pión neutro pero con mucha mayor masa.

“Pero en el caso de espín 2, se trataría de una partícula con propiedades semejantes a un gravitón (partícula hipotética transmisora de la interacción gravitatoria), lo cual podría llevar a consecuencias revolucionarias, como la manifestación de interacciones gravitatorias a las energías del LHC”, destaca Alcaraz.

De todas formas el físico insiste que todavía queda camino por recorrer, “y en este sentido lo que se ha mostrado en el CERN este martes es simplemente una parte de los resultados que se están obteniendo con estos primeros datos”.

Los últimos resultados se basan en el análisis de las colisiones de protones a una energía hasta ahora desconocida de 13 Teraelectronvoltios (TeV) con la que se trabaja en el Run 2 o segundo ciclo de funcionamiento que tiene actualmente el LHC, en comparación con el máximo de 8 TeV que alcanzó durante su Run 1 entre 2010 y 2012.

Se necesitan más datos

Los físicos reconocen que la cantidad de datos en que se basan los análisis de los dos experimentos todavía es limitada –alrededor de ocho veces menos que la obtenida durante el Run 1– y que necesitan grandes volúmenes de registros para poder detectar y confirmar nuevos fenómenos.

“En 2015 la mayor parte de las búsquedas se han centrado en partículas de muy alta masa, para las que se es más sensible que en el Run 1 incluso con la actual luminosidad (colisiones en un detector por cm² y segundo)”, dice Alcaraz, “Y en 2016 se debería sobrepasar la luminosidad del Run 1, lo que implica una mayor sensibilidad para masas mucho más bajas”.

El coordinador de Física del CMS pone un ejemplo: “Para el exceso en la señal de los difotones, los datos del Run1 son aún más sensibles que los nuevos datos del análisis realizado, pero en 2016 se podrá superar esta sensibilidad y confirmar o desechar finalmente la presencia de una nueva partícula”.

“El modelo estándar sigue aún vigente, pero una señal confirmada en relación con esta fluctuación significaría automáticamente la presencia de física más allá del modelo estándar”, añade. Este modelo es la teoría que describe las partículas elementales que se conocen en el universo y sus interacciones, pero deja muchas preguntas sin respuesta, así que los físicos buscan señales más allá para resolverlas.

Esta semana los experimentos ATLAS y CMS han presentado cada uno alrededor de 30 análisis, de los cuales la mitad se relacionan con investigaciones más allá del modelo estándar. Además, han establecido nuevos límites para las masas de partículas hipotéticas nuevas. Los avances en este campo de la física a menudo provienen de hacer retroceder estos límites.

Por ejemplo, las dos colaboraciones han establecido nuevas restricciones para la masa del gluino (la hipotética supercompañera del gluón), según predice la teoría de la supersimetría, una simetría hipotética que relacionaría las propiedades de los dos tipos básicos de partículas (bosones y fermiones).

En cualquier caso, los resultados actuales no muestran excesos significativos que podrían indicar la presencia de partículas predichas por modelos alternativos como la supersimetría. Habrá que esperar a 2016 para conocer si se produce algún avance en este campo, se confirma la existencia de una nueva partícula tras la desintegración en difotones o cualquier otra sorpresa que puedan deparar los datos del LHC.

Colisión a 13 TeV registrado por ATLAS. Las barras amarillas y verdes indican la presencia de ‘jets’ de partículas, que dirigen un montón de energía a los calorímetros. / ATLAS