La noticia “Primeros indicios experimentales de una nueva física más allá del modelo estándar,” Agencia SINC, 31 Jul 2013, ha colmado muchos medios. “Físicos de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y del CNRS francés han predicho desviaciones en la probabilidad de una de las desintegraciones del mesón B que han sido detectadas en el acelerador LHC del CERN. Su confirmación será la primera prueba directa de la existencia de la “nueva física” [más allá del] modelo estándar de las partículas.” La predicción de Joaquim Matias y Javier Virto de la UAB, y Sébastien Descotes-Genon (CNRS / Université Paris-Sud) “ha sido confirmada el 19 de julio pasado en la conferencia internacional de física de partículas EPS 2013 de Estocolmo (Suecia); los resultados del análisis de LHCb apuntan a una desviación respecto a la predicción del modelo estándar de 4,5 sigmas.” Se han observado varias “desviaciones que muestran un patrón coherente que permite identificar su origen en una única fuente. Hay que ser prudentes, porque serán necesarios más estudios teóricos y más medidas experimentales para confirmarlo. Uno de los modelos de nueva física que podría explicar estos resultados sería el que postula la existencia de una nueva partícula llamada Zprima, pero podría haber muchos otros modelos compatibles.”
Lo primero, las fuentes. El artículo teórico es Sebastien Descotes-Genon, Joaquim Matias, Javier Virto, “Understanding the B→K*μ+μ- anomaly,” arXiv:1307.5683; la charla que presenta el nuevo resultado es Nicola Serra (LHCb collab.), “Studies of electroweak penguin transitions of b→sμμ,” EPS-HEP Conference, Stockholm, July 2013 [slides]; discute el resultado el propio Joaquim Matias, “Optimizing the basis of B→K* l+l- observables and understanding its tensions,” EPS-HEP Conference, Stockholm, July 2013 [slides]. Un poco de crítica en la blogosfera en Tommaso Dorigo, “A four-sigma evidence of new physics in rare B decays found by LHCb, and its interpretation,” A Quantum Diaries Survivor, July 24, 2013, y en Lubos Motl, “LHCb: 3- or 4-sigma excess of B-mesons’ muon decays,” The Reference Frame, Jul 25, 2013.
Los datos de ATLAS, CMS y LHCb indican que las desintegraciones de los mesones B se comportan como predice el modelo estándar. Sin embargo, en el análisis de un canal concreto de desintegración se pueden introducir múltiples parámetros (observables). Las reglas básicas de la estadística dicen que si se introducen muchos parámetros aparecerán desviaciones (en unos parámetros por exceso y en otros por defecto) incluso cuando el resultado combinado se ajuste muy bien a los datos.
En la desintegración a cuatro cuerpos B→K*μμ, con K*→Kπ, se puede introducir una plétora de observables (la palabra “plétora” no es una exageración mía, aparece en la primera frase del artículo arXiv:1307.5683). Sin entrar en detalles técnicos, Descotes-Genon, Matias y Virto introducen 8 observables llamados P1, P2, P4′, P5′, P6′, P8′, AFB y dΓ/dq² (de hecho, hay muchas otras posibilidades, como usar P3 en lugar de P8′, con más y con menos parámetros). Al analizar estos parámetros por separado con 1/fb datos de colisiones a 7 TeV c.m. obtenidas en 2011 en el experimento LHCb (en ATLAS y CMS es muy difícil hacer este análisis), algunos de ellos muestran grandes desviaciones respecto a las predicciones del modelo estándar (de hasta 4,5 sigmas locales). Todavía es pronto para gritar a los cuatro vientos el descubrimiento de “nueva física” y habrá que confirmar estas desviaciones con el análisis de los 2 /fb de datos de colisiones a 8 TeV c.m. obtenidas en 2012 en el experimento LHCb. Aún resultando pesado, quiero destacar que unas desviaciones son por exceso y otras son por defecto, pero se compensan y el resultado combinado es consistente con el modelo estándar.
¿Qué valor tiene un análisis por separado de ocho parámetros de una desintegración consistente con el modelo estándar? En opinión de Descotes-Genon et al., una primera señal de “nueva física” más allá del modelo estándar podría estar oculta en las desviaciones de varios parámetros si muestran un cierto patrón regular y no son debidas al azar. Estas desviaciones de varios parámetros consistentes entre sí podrían mostrar una primera señal de “nueva física” incluso cuando está oculta en el análisis combinado de la desintegración. Por supuesto, una desviación de un sólo parámetro no es suficiente, de hecho, si fuera muy grande, el resultado combinado debería mostrar dicha desviación. Lo importante es que “haya desviaciones que muestran un patrón coherente que permite identificar su origen en una única fuente.”
¿Qué desviaciones se han observado en LHCb? No hay desviación en P1 y P4′ (aunque tienen mucho error experimental) y hay desviaciones muy pequeñas en P6′ y P8′ respecto al modelo estándar. Hay una desviación por defecto en P2 con 2,9 y 1,7 sigmas en los bins segundo y tercero, resp., que viene acompañada de una desviación en AFB. Lo más llamativo (motivo de la noticia en muchos medios) es una gran desviación por exceso en P5′ con 4,0 y 1,6 sigmas en los bins tercero y segundo, resp. (ver la parte izquierda de la figura que abre esta entrada). En general todas estas desviaciones se pueden entender como que alguno de los dos parámetros de “nueva física” llamados δC7 y δC9 sea negativo (o que lo sean los dos), en lugar de ser nulos (como predice el modelo estándar); en concreto, el mejor ajuste a 1 sigma requiere δC7∈[-0,04, -0,01] y δC9∈[-1,2, -0,5].
En resumen, conforme se acumulen datos en los experimentos del LHC la búsqueda de “nueva física” se hará mucho más refinada y los análisis multiparamétricos serán bastante habituales, pero por ahora hay pocas colisiones analizadas, la señal observada es poco confiable y la interpretación del nuevo resultado que aparece en muchas noticias está sesgada por el intenso deseo de encontrar señales de “nueva física” hasta debajo de las piedras en las que está apoyado el LHC.
Por supuesto, cuando se analice estos parámetros con los 3 /fb de colisiones en LHCb acumuladas en 2011 y 2012, podrás leer una nueva entrada en este blog sobre este asunto. Espero equivocarme, pero creo que algunas de estas desviaciones desaparecerán.
Lo primero, las fuentes. El artículo teórico es Sebastien Descotes-Genon, Joaquim Matias, Javier Virto, “Understanding the B→K*μ+μ- anomaly,” arXiv:1307.5683; la charla que presenta el nuevo resultado es Nicola Serra (LHCb collab.), “Studies of electroweak penguin transitions of b→sμμ,” EPS-HEP Conference, Stockholm, July 2013 [slides]; discute el resultado el propio Joaquim Matias, “Optimizing the basis of B→K* l+l- observables and understanding its tensions,” EPS-HEP Conference, Stockholm, July 2013 [slides]. Un poco de crítica en la blogosfera en Tommaso Dorigo, “A four-sigma evidence of new physics in rare B decays found by LHCb, and its interpretation,” A Quantum Diaries Survivor, July 24, 2013, y en Lubos Motl, “LHCb: 3- or 4-sigma excess of B-mesons’ muon decays,” The Reference Frame, Jul 25, 2013.
Los datos de ATLAS, CMS y LHCb indican que las desintegraciones de los mesones B se comportan como predice el modelo estándar. Sin embargo, en el análisis de un canal concreto de desintegración se pueden introducir múltiples parámetros (observables). Las reglas básicas de la estadística dicen que si se introducen muchos parámetros aparecerán desviaciones (en unos parámetros por exceso y en otros por defecto) incluso cuando el resultado combinado se ajuste muy bien a los datos.
En la desintegración a cuatro cuerpos B→K*μμ, con K*→Kπ, se puede introducir una plétora de observables (la palabra “plétora” no es una exageración mía, aparece en la primera frase del artículo arXiv:1307.5683). Sin entrar en detalles técnicos, Descotes-Genon, Matias y Virto introducen 8 observables llamados P1, P2, P4′, P5′, P6′, P8′, AFB y dΓ/dq² (de hecho, hay muchas otras posibilidades, como usar P3 en lugar de P8′, con más y con menos parámetros). Al analizar estos parámetros por separado con 1/fb datos de colisiones a 7 TeV c.m. obtenidas en 2011 en el experimento LHCb (en ATLAS y CMS es muy difícil hacer este análisis), algunos de ellos muestran grandes desviaciones respecto a las predicciones del modelo estándar (de hasta 4,5 sigmas locales). Todavía es pronto para gritar a los cuatro vientos el descubrimiento de “nueva física” y habrá que confirmar estas desviaciones con el análisis de los 2 /fb de datos de colisiones a 8 TeV c.m. obtenidas en 2012 en el experimento LHCb. Aún resultando pesado, quiero destacar que unas desviaciones son por exceso y otras son por defecto, pero se compensan y el resultado combinado es consistente con el modelo estándar.
¿Qué valor tiene un análisis por separado de ocho parámetros de una desintegración consistente con el modelo estándar? En opinión de Descotes-Genon et al., una primera señal de “nueva física” más allá del modelo estándar podría estar oculta en las desviaciones de varios parámetros si muestran un cierto patrón regular y no son debidas al azar. Estas desviaciones de varios parámetros consistentes entre sí podrían mostrar una primera señal de “nueva física” incluso cuando está oculta en el análisis combinado de la desintegración. Por supuesto, una desviación de un sólo parámetro no es suficiente, de hecho, si fuera muy grande, el resultado combinado debería mostrar dicha desviación. Lo importante es que “haya desviaciones que muestran un patrón coherente que permite identificar su origen en una única fuente.”
¿Qué desviaciones se han observado en LHCb? No hay desviación en P1 y P4′ (aunque tienen mucho error experimental) y hay desviaciones muy pequeñas en P6′ y P8′ respecto al modelo estándar. Hay una desviación por defecto en P2 con 2,9 y 1,7 sigmas en los bins segundo y tercero, resp., que viene acompañada de una desviación en AFB. Lo más llamativo (motivo de la noticia en muchos medios) es una gran desviación por exceso en P5′ con 4,0 y 1,6 sigmas en los bins tercero y segundo, resp. (ver la parte izquierda de la figura que abre esta entrada). En general todas estas desviaciones se pueden entender como que alguno de los dos parámetros de “nueva física” llamados δC7 y δC9 sea negativo (o que lo sean los dos), en lugar de ser nulos (como predice el modelo estándar); en concreto, el mejor ajuste a 1 sigma requiere δC7∈[-0,04, -0,01] y δC9∈[-1,2, -0,5].
En resumen, conforme se acumulen datos en los experimentos del LHC la búsqueda de “nueva física” se hará mucho más refinada y los análisis multiparamétricos serán bastante habituales, pero por ahora hay pocas colisiones analizadas, la señal observada es poco confiable y la interpretación del nuevo resultado que aparece en muchas noticias está sesgada por el intenso deseo de encontrar señales de “nueva física” hasta debajo de las piedras en las que está apoyado el LHC.
Por supuesto, cuando se analice estos parámetros con los 3 /fb de colisiones en LHCb acumuladas en 2011 y 2012, podrás leer una nueva entrada en este blog sobre este asunto. Espero equivocarme, pero creo que algunas de estas desviaciones desaparecerán.
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