D0 afirma tener pruebas de una nueva fuente de violación CP

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Nota de Ciencia Kanija: Este artículo detalla de forma técnica los resultados del experimento DZero. Para una versión más divulgativa visitar Por qué existimos: La materia gana sobre la antimateria

El Tevatron quería reclamar que aún no está muerto. Esta noche, la colaboración D0 del Tevatron publicará un nuevo artículo en arXiv que ya está disponible para su lectura en el servidor:

Evidence for an anomalous like-sign dimuon charge asymmetry.

Los cientos de personas que han mirado en los 6,1 femtobarns inversos de sus colisiones protones-antiprotones de 1,96 TeV, captaron las colisiones en las que dos muones o antimunones con el mayor momento transverso tenían el mismo signo de carga – ya fuese positivo (eventos “N++“) o negativo (eventos “N-—“).

Estos números deberían ser casi iguales, por lo que la asimetría definida como la proporción de la diferencia y la suma

[latex]A = \frac{N^{++} – N^{- –}}{N^{++} + N^{- –}}[/latex]

debería ser casi cero debido a que hay una simetría CP aproximada entre la materia y la antimateria, incluyendo muones y antimuones (que también intermcambian derecha e izquierda en el espacio, debido a la P, pero la “A” no es sensible a esta etiqueta espacial).

Más precisamente, los hadrones que contienen quarks bottom decaen bajo la influencia de la matriz CKM que viola “ligeramente” la CP. La pequeña fase compleja en esta matriz de 3 por 3 es la única fuente “establecida” de violación CP en toda la física que conocemos (hasta el momento). Por esto es por lo que el modelo estándar predice que “A” es -0,0002 (± 25%).

Sin embargo, el valor medido por D0 es de  -0,0096, cincuenta veces mayor que eso. El error estadístico – la incertidumbre para el “ruido” de tener un conjunto limitado de datos – es (±) 0,0025 y el error sistemático – del aparataje, que puede ir siempre en la misma dirección  –  es  (±) 0,0015.

Estos dos tipos de error debería imaginarse como “independientes uno de otro, es decir, como dos lados de un triángulo rectángulo; la hipoetenusa es:

[latex]\sqrt{0,0025^2+0,0015^2} = 0,0029[/latex] y determina el error total.

La desviación del valor medido “centralmente”  -0,0096, respecto al valor predicho, -0,0002, es -0,0094 que es (menos) 3,2 veces mayor que 0,0029. Por lo que decimos que el valor medido difiere en 3,2 desviaciones estándar de las predicciones.

Esl ligeramente más que tres desviaciones estándar. ¿Es suficiente discrepancia para afirmar que algo debe estar yendo mal? El correspondiente nivel de confianza es de aproximadamente 99,9%.

El riesgo de que la audaz conclusión sobre una nueva fuente de violación C-P sea incorrecta  es de apenas 1 en 1000, aproximadamente 50-100 veces menor de lo que los científicos climáticos llaman “casi certeza, un abrumador consenso que justifica la caza de brujas contra aquella que quiere asesinar al bebé Tierra con fiebre”.

No obstante, en ciencia, la desviación entre el valor predicho y medido por 3 sigma es lo que se conoce por “simple evidencia” – la primera palabra del artículo de arriba. Es sólo una pista de que podría haber un nuevo efecto. No obstante, la precisión tendría que mejorarse para que la desviación llegase a 5 sigma – o un nivel de confianza de 99,99995% – para que los físicos de partículas afirmen el descubrimiento de un nuevo fenómeno.

Este inmenso incremento del nivel de confianza puede obtenerse simplemente duplicando la cantidad de datos (al menos, el error estadístico decrecerá lo bastante; el error sistemático debe reducirse mediante otros métodos).

Por lo que aunque la observación es tentadora, el 3 sigma no parece suficientemente fiable para afirmar que se ha encontrado un agujero en el Modelo Estándar. Muchos otros anuncios de 2 sigma e incluso 3 sigma de este tipo fueron desechados en el pasado.

Aunque cientos de los “principales científicos del mundo” nos ofrecen un evidencia del 99,9% como una nueva fuente de violación, la gente que espera que este resultado desaparezca no son negacionistas. Son muy prudentes, eso sí. Mi opinión – no apoyada por encuestas directas en este momento, simplemente por una extensa experiencia con las opiniones y forma de pensar en la física de partículas – es que la mayor parte de los físicos de partículas (teóricos y fenomenólogos, y posiblemente también los experimentadores del LHC) realmente creen que desaparecerá este resultado. Por simple estadística, observando la historia real de la ciencia, tales cosas terminan desapareciendo, te guste o no un 99,9% simplemente no es suficiente para cambiar tu opinión sobre el bueno y viejo Modelo Estándar.

Además, la gente del Tevatron puede estar nerviosa por la muerte de facto de su colisionador, por lo que pueden estar ansiosos de publicar resultados impresionantes. Esto también debería disminuir ligeramente tu confianza en el artículo. Personalmente dudo que los detectores, hechos de materia y no de antimateria, realmente sean capaces de tratar con muones y antimuones (y su energía) con casi toda seguridad, por lo que puedo imaginar que el error sistemático real es mucho más alto.

Por otra parte, si este aumento de la violación CP es real, tiene que existir un nuevo fenómeno físico. La supersimetría ofrece varias herramientas para lograr nuevas violaciones CP. Pero otros modelos del sector Higgs extendido también pueden hacerlo. La forma más obvia de lograr el aumento de asimetría en eventos de dimuón es creer que existe una nueva oscilación de mesones-B y mesones B-bar, los cuales pueden ser creados, ambos, a partir de los pares de quarks bottom-antibottom.

Para producir tales oscilaciones extra nuevas, necesitas un nuevo término en la interacción entre quarks en el Lagrangiano efectivo proporcional a

[latex]L_{para hacer feliz a D0} \approx \frac{c}{\Lambda^2}(bs)^2+h.c[/latex]

Espero que envíes muchos borradores que calculen este término a partir de tu teoría o modelo favorito y determines el coeficiente correcto que encaje con las observaciones.


Autor: Lubos Motl
Fecha Original: 17 de mayo de 2010
Enlace Original

http://www.cienciakanija.com/2010/05/19/por-que-existimos-la-materia-gana-sobre-la-antimateria/

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