En física, cuando los experimentos no marcan la pauta, hay ideas y gurús que marcan el camino. La última década ha estado dominada por la idea de la naturalidad, cuyo gran gurú es Nima Arkani-Hamed. Esta idea afirma que la solución “natural” a varios problemas del modelo estándar es la existencia de nueva física en la escala de energía de los TeV (entre 100 GeV y 1000 GeV), la escala que explorará en detalle el LHC del CERN. Natural significa que no se requiere un ajuste fino de los parámetros. Si la idea de la naturalidad es correcta, la nueva física más allá del modelo estándar está a la vuelta de la esquina (supersimetría, dimensiones extra y demás física exótica). El LHC entre 2010 y 2012 no ha encontrado nueva física. ¿Significa eso que la naturalidad es una idea errónea? Quizás no, pues también es “natural” que la nueva física esté entre 1 TeV y 10 TeV, o incluso más allá; por qué es “natural” un parámetro del orden de la unidad, pero lo es menos uno que sea del orden de una décima o de una milésima. Nos lo recuerda Raman Sundrum, uno de los organizadores del workshop SEARCH (Susy, Exotics And Reaction to Confronting Higgs) [slides, video]. Más charlas en la web del SEARCH workshop. Un buen resumen en Matt Strassler, “SEARCH day 1,” Aug 21, 2013, “SEARCH Day 2,” Aug 22, 2013, y “Final Day of SEARCH 2013,” Aug 23, 2013.
La naturalidad pretende resolver el problema de la jerarquía. Hay muchas definiciones posibles de este problema, expondré una de ellas. El modelo estándar no predice la masa del bosón de Higgs y una masa de 125 GeV es igual a 10-17 veces la masa de Planck. ¿Por qué es tan pequeña? La naturalidad nos propone que lo es porque hay nuevas partículas con masa por debajo de 1000 GeV, ya que los bosones escalares (partículas de espín cero) en el pasado siempre han estado asociadas a nuevas partículas (recuerda que en el pasado los bosones escalares siempre han sido partículas compuestas).
Pero hay que tener claro que, incluso si la idea de la naturalidad es correcta, en la escala TeV nadie espera encontrar un gran número de nuevas partículas; como mucho, sólo los primeros ejemplos de nuevos tipos de partículas (como las supersimétricas). Entre la masa del electrón (0,000511 GeV) y la del quark top (173 GeV) hay cinco órdenes de magnitud, ¿por qué no va a ocurrir lo mismo con las nuevas partículas?
Más aún, la vida media de las nuevas partículas puede ser enorme, incluso puede que sean estables. Si hay una simetría que proteja a las nuevas partículas, impedirá que las más ligeras se desintegren en partículas del modelo estándar, con lo que detectar estas nuevas partículas será muy difícil. Habrá que excitarlas en nuevas partículas más pesadas para que puedan decaer en partículas conocidas y las podamos identificar en las búsquedas en los grandes colisionadores de partículas (como el LHC). El camino no tiene porqué ser fácil.
En cierto sentido la idea de la naturalidad es algo parecido al “principio antrópico” y como tal no gusta a mucha gente. El Sol y la Luna tienen un diámetro aparente casi idéntico visto desde la Tierra, lo que nos brinda el espectáculo de los eclipses solares, pero no hay ninguna razón física para ello, se trata de una pura coincidencia. ¿Cuántos planetas extrasolares tendrá una luna similar? Quizás el espectro de las partículas es el resultado de un proceso dinámico a alta energía y depende fuertemente de las condiciones iniciales, que pueden ser aleatorias. Sólo el tiempo nos dará la respuesta. La física de partículas, como la vida misma, da sorpresas. Quizás la nueva física que observe el LHC no tenga nada que ver con lo que esperamos observar.
En este sentido Mattt Strassler nos propone en su charla [blog, slides, video] cuatro caminos “exóticos” hacia la nueva física que hay que explorar (la figura de arriba está sacada de la charla de CMS sobre el Higgs [slides, video]). (1) Desintegraciones “exóticas” del Higgs, ya que sus acoplos son muy sensibles a nuevas partículas. (2) Modelos “naturales” de la supersimetría, en los que la masa del Higgs, W y Z cambia muy poco, por lo que tienen un Higgsino ligero (cientos de GeV o menos), un stop (top squark) ligero y un gluino en el rango de 1 a 2 TeV. (3) Partículas de larga vida (mayor de una billonésima de segundo), capaces de recorrer más de 1 mm antes de desintegrarse. Y (4) señales “blandas” (con energías del orden del GeV) que acompañan a las colisiones “duras” que producen nuevas partículas. Se trata de cuatro caminos poco explorados y con toda seguridad habrá físicos experimentales se volcarán en la búsqueda de estas señales.
Buscar las llaves bajo la farola es fácil, todos sabemos hacerlo. Buscar donde no llega la luz requiere el desarrollo de nuevas técnicas de búsqueda. Quizás el camino hacia la nueva física esté en la mano de físicos jóvenes que decidan “rascar donde no pica.”
Francis (th)E mule Science's News
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