Límites para la teoría de cuerdas en el LHC Run 2

Esta figura muestra el suceso con los dos chorros hadrónicos más energéticos grabado por CMS en el LHC Run 2 hasta ahora. La masa invariante alcanza 7,7 TeV. Gracias a sucesos tan energéticos, CMS excluye la existencia de las resonancias predichas por la teoría de cuerdas con una masa inferior a 7,4 TeV en las búsquedas basadas en colisiones con dos chorros hadrónicos.

Estas búsquedas también se excluyen otros exotismos, como diquarks escalares por debajo de 6,9 TeV, axigluones y colorones por debajo de 5,5 TeV, quarks excitados por debajo de 5,4 TeV, escalares asociados a un octete de color por debajo de 3,0 TeV, bosones W’ por debajo de 2,7 TeV, bosones Z’ por debajo de 2,6 TeV, e incluso gravitones asociados a dimensiones extra por debajo de 1,9 TeV. Por supuesto, hay otras búsquedas de física exótica, como las basadas en colisiones que decaen en dos leptones. En este caso CMS acota la masa mínima para un bosón Z’ a unos 3,5 TeV, y en algunos canales hasta 4,0 TeV.

Más información en CMS Collaboration, “Search for narrow resonances decaying to dijets in pp collisions at √s= 13 TeV using 12.9 fb−1,” CMS-PAS-EXO-16-032, Aug 2016, y en CMS Collaboration, “Search for a high-mass resonance decaying into a dilepton final state in 13 fb−1−1 of pp collisions at s√=s= 13 TeV,” CMS-PAS-EXO-16-031, Aug 2016.

Estas figuras resumen las múltiples búsquedas de nueva física en las colisiones que muestran dos chorros (cuyo origen son dos quarks, dos gluones, o un quark y un gluón). Se consideran resonancias asociadas a cuerdas, quarks excitados, axigluones, colorones, diquarks escalares, escalares octetes de color, nuevos bosones W’ y Z’, y gravitones RS.

Una predicción genérica de la teoría de cuerdas y de todas las teorías de gran unificación es la existencia de una nueva simetría gauge U(1)’ adicional al electromagnetismo. El bosón gauge de dicha simetría tiene masa a diferencia del fotón γ. Se suele llamar bosón Z’ (Z-prima) si su masa está en la escala GeV o TeV, y fotón oscuro γ’ si su masa es mucho más pequeña. Como muestra es figura su masa mínima ha sido limitada a unos 3,5 TeV, incluso a 4,0 TeV, según sea la anchura de su resonancia.

Me he centrado en las búsquedas en CMS. Hay búsquedas similares en ATLAS. Ponerle cotas a la masa de nuevas partículas es una de las misiones más importantes del LHC. Los primeros indicios de dichas hipotéticas partículas aparecerán conforme estas cotas se acerquen a su masa. 

El trabajo del LHC era encontrar el Higgs y luego buscar los primeros indicios de nueva física. Está cumpliendo con creces su misión. 

Todo un éxito del que todos nos debemos alegrar.