D0 afirma tener pruebas de una nueva fuente de violación CP

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

A = \frac{N^{++} - N^{- -}}{N^{++} + N^{- -}}

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:

\sqrt{0,0025^2+0,0015^2} = 0,0029 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

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

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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Comments (7)

  1. Gerardo

    He notado que el blog ha perdido un poco esa linea de noticias de ciencia y se ha acercado más a un sitio de publicaciones de papers, para las nuevas noticias no estan pensando en los lectores que no entendemos todas las ecuaciones, pero queremos enterarnos aunque sea “cualitativamente”.

    Lo que quiero decir es que deberian incluir articulos que tengan un resumen de la idea que estan exponiendo, sin ecuaciones, para que los “no fisicos” podamos entender tambien

    Recuerden que esta no es una pagina de publicaciones de articulos, sino de noticias de ciencia, o por lo menos eso era lo que venia siendo hasta ahora

    Es una sugerencia, para mantener la linea que llevaba ciencia kanija

    • Hola Gerardo:

      No comparto esa opinión de se que la web se ha alejado de un nivel más divulgativo yendo hacia uno más “profesional” si podemos llamarlo así, dado que este número de artículos de alto nivel sigue siendo muy marginal. Sí que es cierto que ahora se están incluyendo y durante mucho tiempo no aparecieron, pero tenía más que ver con la falta de tiempo que con falta de interés. La presencia de los colaboradores que desde hace un tiempo ayudan en la publicación y corrección de artículos hace que se puedan abordar más temáticas y de distintos niveles, esto es, no creo que haya bajado la tasa de artículos divulgativos, sino que ahora, ocasionalmente, también intentamos dar un poco de contenido a aquellos que demandan más profundidad en la materia. Por desgracia, nunca llueve a gusto de todos :)

      En cualquier caso, puede estar tranquilo, Ciencia Kanija seguirá manteniendo la línea divulgativa con la que empezó.

      Un saludo y gracias por la sugerencia

    • Yo tampoco comparto la opinión de Gerardo.

      Su preocupación sí la comparto, pero no veo indicios. La noticia se entiende perfectamente ignorando las fórmulas (que únicamente aportan más información a quien quiera/pueda entenderlas).

      Obviamente el nivel de los artículos de ciencia Kanija es muy superior a las noticias enormemente truncadas que dan en la tele, periódicos o blogs convencionales, por tanto, el nivel y/o interés del lector debe ser mayor (ej. saber que es la violación CP) pero afortunadamente al alcance de los curiosos “geek” de las ciencias.

      ¡Arriba Ciencia Kanija!

  2. [...] 2010. Los interesados en una traducción de la entrada de Lubos pueden recurrir a Kanijo, ”D0 afirma tener pruebas de una nueva fuente de violación CP,” Ciencia Kanija, 18 May 2010. Por otro lado, merece la pena leer ”Fermilab [...]

  3. [...] de Ciencia Kanija: Para un desarrollo más técnico de esta noticia, visitar D0 afirma tener pruebas de una nueva fuente de violación CP Autor: Plantilla de SPACE.com Fecha Original: 18 de mayo de 2010 Enlace Original Articulos [...]

  4. [...] Ciencia Kanija, 16 junio 2010, que ya se hizo eco del resultado de DZero en Kanijo, ”DZero afirma tener pruebas de una nueva fuente de violación CP,” Ciencia Kanija, 18 mayo 2010, y que trató de explicar mejor en “Por qué existimos: [...]

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