Ausencia de evidencia
Toda revolución se inicia con hechos en apariencia insignificantes, y no es fácil darse cuenta de que el cambio ha empezado. Es muy posible que la física fundamental esté viviendo un momento así. Uno de esos inicios que pasan desapercibidos, ya que está motivado más por las ausencias que por las presencias.
En el verano de 2016, los físicos de partículas del mundo se reunieron en Chicago, en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP). Una reunión como esta, habitual, no hubiera merecido mayor comentario si no fuese porque estuvo precedida de una marejada. A finales de 2015 algunos resultados del LHC se interpretaron como indicios de una nueva partícula, desconocida para la física. La confirmación de este resultado en la ICHEP, con los datos tomados en el año 2016, se esperaba, por tanto, con una expectación inusitada.
Pero como decía don Marcelino Menéndez Pelayo, «Sabia máxima fue siempre, aunque no por todos practicada, sin duda en fuerza de ser trivial, la de comenzar por el principio». Hagámoslo.
El modelo estándar, como ya se ha comentado en este blog, es la explicación de la estructura de la materia mediante un conjunto reducido y bien caracterizado de partículas que interaccionan a través de cuatro fuerzas fundamentales, cuyas propiedades emanan de un sistema abstracto de simetrías (véase el neutrino es caprichoso). Es una teoría cuántica de campos, que se desarrolló en la segunda mitad del siglo XX, incorporando la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad especial. Desde entonces, ha sido confirmada una y otra vez en todas sus predicciones, y hoy en día es la teoría física que ha sido sometida a los tests experimentales más exigentes de la historia. Los ha superado todos. El más reciente es el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, tal y como estaba predicho por el modelo estándar. De manera incomprensible, y a pesar de cosechar un éxito tras otro, el modelo estándar ha sido tildado de teoría fea e incompleta desde su nacimiento (y quizá incluso desde antes). Muchas alternativas se han propuesto, y todas ellas han fracasado. Sin embargo, en una situación que seguramente no se ha dado nunca antes en la historia de la ciencia, se sigue confiando más en las alternativas fracasadas que en el exitoso modelo estándar. Por eso se encienden todas las alarmas cuando se vislumbra la más mínima posibilidad de haber obtenido un resultado experimental que lo contradiga.
En esta situación, la posibilidad de que el LHC hubiera descubierto una partícula no predicha por el modelo estándar puso a la comunidad de física de partículas en alerta. Si fuese cierto, se trataría de una revolución. Un descubrimiento que marcaría la historia de la física. De hecho, en los siete meses escasos que transcurrieron desde que se puso de manifiesto el posible descubrimiento hasta la ICHEP se han publicado más de... 500 interpetaciones teóricas diferentes para la supuesta nueva partícula. Todo un récord, sin lugar a dudas. Conviene señalar que esta furibunda actividad estaba basada en puras conjeturas, pues los experimentos del LHC jamás hicieron ningún comunicado oficial anunciando el descubrimiento. Ni siquiera insinuándolo. Por todo esto se esperaba con tan enorme interés la reunión de Chicago, preparada como patíbulo para difundir a los cuatro vientos la ejecución final del modelo estándar. Y, en efecto, los físicos del LHC han explorado, con los nuevos datos, las propiedades de las partículas y sus interacciones a energías nunca antes alcanzadas. Y, como se esperaba, han encontrado un resultado fascinante: nada nuevo. Esos posibles indicios no eran otra cosa que el producto de fluctuaciones estadísticas debidas a la pequeña cantidad de datos con la que se había hecho el análisis. Cuando éste se ha llevado a cabo incluyendo todos los datos tomados en la primera mitad del año 2016 esas posibles indicaciones han desaparecido. El modelo estándar triunfa una vez más. Y quizá sea el triunfo definitivo, porque los resultados presentados en esta conferencia van mucho más allá de la no confirmación de la nueva partícula. Cegados por el brillo del posible descubrimiento, es probable que la mayor parte de los científicos no haya apreciado el panorama general. En una conferencia como esta se presentan cientos de nuevos resultados, y es necesario hacer un esfuerzo de síntesis para extraer aquellos con mayor impacto. Cuando se hace esto con lo presentado en Chicago, el resultado es demoledor.
Una descripción más detallada de cada uno de los resultados que se presentan a continuación va más allá del alcance de esta nota. Tómense tan sólo como una lista, en mi modesta opinión apabullante, aunque no lleguen a entenderse todos los detalles de cada uno de ellos.
No hay evidencia alguna de una nueva partícula en el LHC. De hecho, no hay evidencia alguna de ningún tipo de nueva física. En especial, la alternativa que la mayoría de físicos teóricos aprecia más que al propio modelo estándar, la supersimetría, ha vuelto a fracasar, como lo lleva haciendo los últimos 30 años, como mínimo. No hay indicio alguno de su existencia, y los límites que el LHC es capaz de fijar para las masas de las partículas supersimétricas empiezan a ser tan altos que deja de tener sentido como teoría alternativa. No está completamente eliminada, es verdad. Seguramente es imposible eliminarla completamente, pero sus posibilidades como sucesora del modelo estándar están muy disminuidas.
El experimento de neutrinos del Polo Sur IceCube, por su parte, no ha encontrado las nuevas variedades de neutrinos estériles de las que parcían tener indicios experimentos anteriores (LSND y MiniBOOne).
Por si todo esto fuese poco, las noticias no son mejores para los buscadores de materia oscura en forma de partículas. Los experimentos más sensibles a la presencia de partículas de materia oscura construidos nunca por el ser humano (LUX y PANDAX) no han encontrado ni rastro de esas partículas. Y no sólo eso, sino que los límites que han puesto a la probabilidad de interacción de la materia oscura con la materia normal son diez mil millones de veces (sí, han leído bien) menores que lo que se espera de las extensiones más sencillas del modelo estándar.
Para rematar la faena, se ha demostrado que la emisión de rayos gamma procedente del centro galáctico, que podía ser debida a la aniquilación de partículas de materia oscura, se debe en realidad a la presencia de púlsares con periodo de rotación del orden del milisegundo.
Ni rastro de ningún tipo de desviación respecto del modelo estándar.
No todos los resultados presentados son ausencias. También se han encontrado indicios (muy débiles, eso sí) de la posible violación de la simetría CP por parte de los neutrinos en el experimento T2K. Este es uno de los caminos más prometedores para extender el modelo estándar, y se espera que en los próximos años este experimento mejore sus resultados. Por otra parte, la existencia de ondas gravitacionales, recientemente demostrada por LIGO, ha reforzado la posibilidad, anteriormente desdeñada, de que la materia oscura esté formada por agujeros negros primordiales. De nuevo, habrá que seguir con atención la evolución de los resultados del experimento LIGO para saber si esta posibilidad acaba confirmándose o no.
Todos estos resultados están relacionados entre sí, y comienzan a esbozar un panorama inesperado por muchos en la física, pero que en realidad no debería sorprender a nadie. El modelo estándar ha salido reforzado, y es muy posible que sea la descripción correcta del universo hasta energías muy altas, cercanas a la energía de Planck. Esta situación, que prácticamente nadie predijo cuando hace unos 30 años se proponía el LHC, pone al campo de la física de partículas al borde de una revolución, en parte científica y en parte sociológica. La confirmación del modelo estándar es uno de los mayores éxitos de la física en toda la historia. Sin embargo, un sentimiento de fracaso y decepción parece recorrer a los físicos de partículas. ¿Cómo se puede ver este gran éxito como un fracaso? ¿Cómo es posible que se publiquen 500 artículos sobre una partícula que no existe? ¿Por qué se confía más en teorías fracasadas que en el modelo estándar? Intentaremos entenderlo en la siguiente entrega de esta serie.
En el verano de 2016, los físicos de partículas del mundo se reunieron en Chicago, en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP). Una reunión como esta, habitual, no hubiera merecido mayor comentario si no fuese porque estuvo precedida de una marejada. A finales de 2015 algunos resultados del LHC se interpretaron como indicios de una nueva partícula, desconocida para la física. La confirmación de este resultado en la ICHEP, con los datos tomados en el año 2016, se esperaba, por tanto, con una expectación inusitada.
Pero como decía don Marcelino Menéndez Pelayo, «Sabia máxima fue siempre, aunque no por todos practicada, sin duda en fuerza de ser trivial, la de comenzar por el principio». Hagámoslo.
El modelo estándar, como ya se ha comentado en este blog, es la explicación de la estructura de la materia mediante un conjunto reducido y bien caracterizado de partículas que interaccionan a través de cuatro fuerzas fundamentales, cuyas propiedades emanan de un sistema abstracto de simetrías (véase el neutrino es caprichoso). Es una teoría cuántica de campos, que se desarrolló en la segunda mitad del siglo XX, incorporando la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad especial. Desde entonces, ha sido confirmada una y otra vez en todas sus predicciones, y hoy en día es la teoría física que ha sido sometida a los tests experimentales más exigentes de la historia. Los ha superado todos. El más reciente es el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, tal y como estaba predicho por el modelo estándar. De manera incomprensible, y a pesar de cosechar un éxito tras otro, el modelo estándar ha sido tildado de teoría fea e incompleta desde su nacimiento (y quizá incluso desde antes). Muchas alternativas se han propuesto, y todas ellas han fracasado. Sin embargo, en una situación que seguramente no se ha dado nunca antes en la historia de la ciencia, se sigue confiando más en las alternativas fracasadas que en el exitoso modelo estándar. Por eso se encienden todas las alarmas cuando se vislumbra la más mínima posibilidad de haber obtenido un resultado experimental que lo contradiga.
En esta situación, la posibilidad de que el LHC hubiera descubierto una partícula no predicha por el modelo estándar puso a la comunidad de física de partículas en alerta. Si fuese cierto, se trataría de una revolución. Un descubrimiento que marcaría la historia de la física. De hecho, en los siete meses escasos que transcurrieron desde que se puso de manifiesto el posible descubrimiento hasta la ICHEP se han publicado más de... 500 interpetaciones teóricas diferentes para la supuesta nueva partícula. Todo un récord, sin lugar a dudas. Conviene señalar que esta furibunda actividad estaba basada en puras conjeturas, pues los experimentos del LHC jamás hicieron ningún comunicado oficial anunciando el descubrimiento. Ni siquiera insinuándolo. Por todo esto se esperaba con tan enorme interés la reunión de Chicago, preparada como patíbulo para difundir a los cuatro vientos la ejecución final del modelo estándar. Y, en efecto, los físicos del LHC han explorado, con los nuevos datos, las propiedades de las partículas y sus interacciones a energías nunca antes alcanzadas. Y, como se esperaba, han encontrado un resultado fascinante: nada nuevo. Esos posibles indicios no eran otra cosa que el producto de fluctuaciones estadísticas debidas a la pequeña cantidad de datos con la que se había hecho el análisis. Cuando éste se ha llevado a cabo incluyendo todos los datos tomados en la primera mitad del año 2016 esas posibles indicaciones han desaparecido. El modelo estándar triunfa una vez más. Y quizá sea el triunfo definitivo, porque los resultados presentados en esta conferencia van mucho más allá de la no confirmación de la nueva partícula. Cegados por el brillo del posible descubrimiento, es probable que la mayor parte de los científicos no haya apreciado el panorama general. En una conferencia como esta se presentan cientos de nuevos resultados, y es necesario hacer un esfuerzo de síntesis para extraer aquellos con mayor impacto. Cuando se hace esto con lo presentado en Chicago, el resultado es demoledor.
Una descripción más detallada de cada uno de los resultados que se presentan a continuación va más allá del alcance de esta nota. Tómense tan sólo como una lista, en mi modesta opinión apabullante, aunque no lleguen a entenderse todos los detalles de cada uno de ellos.
No hay evidencia alguna de una nueva partícula en el LHC. De hecho, no hay evidencia alguna de ningún tipo de nueva física. En especial, la alternativa que la mayoría de físicos teóricos aprecia más que al propio modelo estándar, la supersimetría, ha vuelto a fracasar, como lo lleva haciendo los últimos 30 años, como mínimo. No hay indicio alguno de su existencia, y los límites que el LHC es capaz de fijar para las masas de las partículas supersimétricas empiezan a ser tan altos que deja de tener sentido como teoría alternativa. No está completamente eliminada, es verdad. Seguramente es imposible eliminarla completamente, pero sus posibilidades como sucesora del modelo estándar están muy disminuidas.
El experimento de neutrinos del Polo Sur IceCube, por su parte, no ha encontrado las nuevas variedades de neutrinos estériles de las que parcían tener indicios experimentos anteriores (LSND y MiniBOOne).
Por si todo esto fuese poco, las noticias no son mejores para los buscadores de materia oscura en forma de partículas. Los experimentos más sensibles a la presencia de partículas de materia oscura construidos nunca por el ser humano (LUX y PANDAX) no han encontrado ni rastro de esas partículas. Y no sólo eso, sino que los límites que han puesto a la probabilidad de interacción de la materia oscura con la materia normal son diez mil millones de veces (sí, han leído bien) menores que lo que se espera de las extensiones más sencillas del modelo estándar.
Para rematar la faena, se ha demostrado que la emisión de rayos gamma procedente del centro galáctico, que podía ser debida a la aniquilación de partículas de materia oscura, se debe en realidad a la presencia de púlsares con periodo de rotación del orden del milisegundo.
Ni rastro de ningún tipo de desviación respecto del modelo estándar.
No todos los resultados presentados son ausencias. También se han encontrado indicios (muy débiles, eso sí) de la posible violación de la simetría CP por parte de los neutrinos en el experimento T2K. Este es uno de los caminos más prometedores para extender el modelo estándar, y se espera que en los próximos años este experimento mejore sus resultados. Por otra parte, la existencia de ondas gravitacionales, recientemente demostrada por LIGO, ha reforzado la posibilidad, anteriormente desdeñada, de que la materia oscura esté formada por agujeros negros primordiales. De nuevo, habrá que seguir con atención la evolución de los resultados del experimento LIGO para saber si esta posibilidad acaba confirmándose o no.
Todos estos resultados están relacionados entre sí, y comienzan a esbozar un panorama inesperado por muchos en la física, pero que en realidad no debería sorprender a nadie. El modelo estándar ha salido reforzado, y es muy posible que sea la descripción correcta del universo hasta energías muy altas, cercanas a la energía de Planck. Esta situación, que prácticamente nadie predijo cuando hace unos 30 años se proponía el LHC, pone al campo de la física de partículas al borde de una revolución, en parte científica y en parte sociológica. La confirmación del modelo estándar es uno de los mayores éxitos de la física en toda la historia. Sin embargo, un sentimiento de fracaso y decepción parece recorrer a los físicos de partículas. ¿Cómo se puede ver este gran éxito como un fracaso? ¿Cómo es posible que se publiquen 500 artículos sobre una partícula que no existe? ¿Por qué se confía más en teorías fracasadas que en el modelo estándar? Intentaremos entenderlo en la siguiente entrega de esta serie.
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| In memoriam, Tunet Vila (1932-2016) |
