Las esperanzas de encontrar una nueva partícula se esfuman con los nuevos datos del LHC

Ejemplo de evento seleccionado por el experimento ATLAS para buscar un nuevo bosón de Higgs. / ATLAS Collaboration/CERN

Las colaboraciones del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) han presentado más de cien nuevos resultados en la 38ª International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2016), la mayor conferencia anual en física de partículas que se celebra este año en Chicago (EE UU) entre el 3 y el 10 de agosto.

Los resultados más esperados eran los de ATLAS y CMS sobre el ‘exceso’ visto en los datos del año pasado por ambos experimentos en desintegraciones con pares de fotones en un rango de masas de 750 gigaelectronvóltios (GeV). Se llegó a pensar que podría tratarse de una nueva partícula capaz de revolucionar los pilares de la física, sobre todo si fuera un gravitón, además de mejorar notablemente nuestra comprensión del universo.

Sin embargo, ese exceso desaparece en el conjunto de datos mucho más abundante de 2016 y, por lo tanto, parece ser una simple fluctuación estadística que, casualmente, se produjo en los dos grandes experimentos a la vez.

Tanto ATLAS y CMS han buscado alguna señal de la producción directa de nuevas partículas predichas por la supersimetría y otras teorías de física más allá del modelo estándar pero, de momento, no han aparecido pruebas contundentes de su existencia.

En cualquier caso, los físicos de partículas han presentado grandes cantidades de nuevos datos y las colaboraciones de los experimentos se sumergen ahora realmente en la nueva frontera de la energía de 13 teraelectronvoltios (TeV), tras un primer acercamiento el año pasado a la física en este nivel de energía sin precedentes.

Gracias al excepcional funcionamiento del LHC, los experimentos han acumulado unas cinco veces más datos en 2016 que en 2015 en solo unos meses de operaciones. El LHC sobrepasó su luminosidad prevista en junio, un parámetro que mide el número de colisiones potenciales en un periodo determinado de tiempo. El pico de luminosidad excede con creces los mil millones de colisiones por segundo, por lo que incluso los procesos físicos más inusuales podrían producirse a las mayores energías efectivas.

Así, el LHC está funcionando por encima de las expectativas y el objetivo de conseguir 25 femtobarn inversos de colisiones entre protones para sus experimentos en todo 2016 está a punto de alcanzarse. Un femtobarn inverso corresponde a unos 100 billones (100×10¹²) de colisiones entre protones. Por su parte, el GRID, la red de computación mundial del LHC, ha sobrepasado de largo récords previos, con más de 25 petabytes (PB) de datos almacenados y procesados desde comienzos de año.

«El LHC ha entrado realmente en un nuevo régimen tras alcanzar su luminosidad nominal, ahora sobrepasada en un 20%», dijo el director del CERN para Aceleradores y Tecnología, Frédérick Bordry. «Es un gran logro, y podemos estar seguros de que sobrepasaremos nuestros objetivos marcados para todo el segundo ciclo de funcionamiento del LHC».

La búsqueda de nuevas partículas continúa

Los físicos han trabajado duro los pasados meses lidiando con la enorme cantidad de datos registrados por los experimentos del LHC. Con un mayor conjunto de datos analizado se pueden hacer medidas más precisas de procesos del modelo estándar, teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones, así como búsquedas más sensibles de la producción de nuevas partículas a la mayor energía.

Como ejemplo, el bosón de Higgs, descubierto en 2012, también se ha observado a la energía de 13 TeV con una mayor significancia estadística. Además, los experimentos ATLAS y CMS han realizado nuevas medidas de precisión de procesos del modelo estándar buscando especialmente interacciones anómalas entre partículas con grandes masas, una prueba indirecta pero muy sensible a la física más allá de este modelo.

«Este es uno de los momentos más emocionantes en los últimos años para los físicos, a medida que nos adentramos en serio en lo desconocido: la física de partículas a una energía nunca explorada antes», aseguró Eckhard Elsen, director de Investigación y Computación del CERN.

El experimento LHCb ha presentado también muchos nuevos e interesantes resultados en el campo de la física del sabor. Un resultado destacado es el descubrimiento del llamado modo de desintegración B0->K⁺K^–, el más inusual observado hasta la fecha en los mesones B desintegrándose en un estado final hadrónico, así como búsquedas de violación CP con una sensibilidad sin precedentes, fenómeno que explicaría la preferencia de la naturaleza por la materia sobre la antimateria.

LHCb también ha realizado medidas que podrían ayudar a revelar algunos fenómenos nuevos, como la primera medida de la polarización del fotón en las desintegraciones radiactivas de los mesones Bs y las determinaciones de las secciones eficaces de varios procesos clave a la energía de colisión de 13 TeV, algunas de las cuales, a primera vista, están en desacuerdo con las predicciones actuales.

Los cuatro experimentos principales han ofrecido resultados sobre colisiones de iones pesados en el LHC. La colaboración ALICE ofrece nuevas medidas de las propiedades del plasma de quarks y gluones, el estado de la materia que existió instantes después del Big Bang. Los físicos de ALICE estudian cómo se modifican las fuerzas nucleares en este estado primordial de la materia. Los investigadores también han medido la viscosidad del plasma a esta nueva energía, mostrando que fluye casi como un fluido perfecto, un comportamiento que también se observó a energías más bajas.

«Estamos solo al comienzo del camino», declaró la directora general del CERN, Fabiola Gianotti. «El excelente funcionamiento del LHC, los experimentos y su red de computación, ofrecen muy buenos presagios para una exploración detallada de la escala de energía de los teraelectronvoltios, así como un importante avance en nuestra comprensión de la física fundamental».