miércoles, 18 de marzo de 2015

Supersimetría y anomalías experimentales en el LHC

Dibujo20150313 Susy-particles table

Muchos físicos esperan que el LHC encuentre la supersimetría a baja energía. 
Si la supersimetría se puede observar en las colisiones protón-protón a 13 TeV c.m. entonces debe haber señales de ella en las colisiones a 8 TeV c.m. 
Se han encontrado algunas pequeñas anomalías, la mayoría de menos de tres sigmas, que podrían tener un origen físico o bien un origen espurio. 
En el primer caso la significación estadística de las anomalías (su número de sigmas) debería crecer. En el segundo caso ocurrirá todo lo contrario, las anomalías tenderán a desaparecer.
Ya están disponibles las transparencias [en PDF] de las charlas de Les 29 Rencontres de Physique de la Vallée d’Aoste, Results and Perspectives in Particle Physics, La Thuile, 01-07 March 2015. Programa con transparencias en PDF.
Dibujo20150313 summary lhc experimental anomalies vs standard model - hooberman 2015
Este listado de anomalías de baja significación aparecen en la charla de Carlos E.M. Wagner (Univ. Chicago), “Supersymmetry : Theory vs Experiment,” La Thuile Conference on Results and Perspectives in Particle Physics, La Thuile, Italy, 6 March 2015 [PDF slides]. 
Todas ellas podrían tener un origen supersimétrico, pero también podrían deberse a errores sistemáticos en la estimación teórica de la predicción del modelo estándar o bien a una fluctuación estadística en los datos de colisiones.
Dibujo20150313 muon anomalous magnetic moment - 2015 status
Mucho más sugerente es la discrepancia a 3,6 sigmas entre experimento y teoría para el momento magnético anómalo del muón. 
Partículas supersimétricas con carga similar a la del muón y con masa en la escala electrodébil (al alcance del LHC) podrían explicar (de forma natural) esta anomalía. Por ejemplo, tan β ≈ 10 sería una partícula supersimétrica con masa m ≈ 230 GeV (para tan β ≈ 50 sería m ≈ 510 GeV).
Dibujo20150313 cms search - xixi into wz etmiss - wz - 3l - trilepton excess - 2014 status
CMS también ha observado un exceso en las desintegraciones WZ en tres leptones cargados y un neutrino, aunque ATLAS no lo ha observado. 
Estimar bien el fondo de estas desintegraciones es muy importante para la búsqueda de señales de la supersimetría.
Dibujo20150313 atlas search - ww excess dilepton excess - 2014 status
ATLAS ha observado un exceso en las desintegraciones WW en dos leptones cargados y dos neutrino, aunque CMS no lo ha observado. 
Casi todos estos excesos deben tener un origen sistemático, pues calcular en detalle el fondo de colisiones para desintegraciones con uno o varios neutrinos es difícil. 
Las estimaciones mejorarán mucho en los próximos años y la mayoría de estos excesos acabará desapareciendo. Aún así son muy sugerentes para los teóricos atrevidos.
Una revisión detallada de todas las pequeñas anomalías que se han observado nos llevaría lejos.
 Hay muchas asociadas a la física del Higgs y a los colisiones con muchos chorros (jets) tanto hadrónicos como leptónicos. Interpretar estas anomalías como señales de nueva física es sugerente, pero por ahora son señales de poca significación estadística. 
Casi con toda seguridad se trata de señales que acabarán desapareciendo. Espero equivocarme.