domingo, 12 de octubre de 2008

Terminando la gran sequía de datos, Parte 04 y final


El arcoiris de la gravedad

Otra área de intenso interés teórico y experimental es la posibilidad - planteada en la última década, más o menos - de la observación de la gravedad trabajando en las colisiones de partículas. Todas las teorías de cuerdas implican dimensiones espaciales más allá de las tres familiares, pero en ciertas clases de teorías de cuerdas que han sido estudiadas desde mediados del decenio de 1990, algunas de estas dimensiones ocultas son mucho más grandes que la habitual escala de Planck de 10–35 m. Estas pueden estar rizadas, o "compactadas", en escalas de longitud de hasta unos 10–18 m y todavía no violar las pruebas de corto alcance de la gravedad newtoniana. Estas longitudes corresponden a la escala de energía de TeV que el LHC está a punto de explorar. Esto equivale a llevar a la escala de Planck a un nivel mucho menor de energía, haciendo a la gravedad más fuerte de lo que se experimenta en distancias macroscópicas. Si las más reciente teorías de cuerdas son válidas en tales longitudes y energías, entonces los nuevos fenómenos exóticos deberían comenzar a aparecer en el LHC. Para los escépticos empedernidos como yo, este es realmente un fabuloso giro de los acontecimientos. Las teorías de cuerdas - o al menos algunas de ellas - ¡podían haber realizado predicciones comprobables y falseables!

Una posible manifestación de las grandes dimensiones adicionales sería la aparición en el LHC de chorros únicos - emisiones bien colimadas - de hadrones de girando alrededor de una partícula invisible, llevando a la energía faltante en la dirección opuesta. Estos acontecimientos tipo "monojet" podrían ser interpretados como la producción de un gluón y un gravitón (la hipotética partícula elemental que transporta la fuerza gravitacional), que se produce porque la gravedad es mucho mayor a esta escala que lo imaginado. Pero, al igual que los acontecimientos SUSY, estos eventos monojet sufren por las enormes lecturas de fondo del Modelo Estándar, y los experimentadores tendrían que distinguir cualquier exceso a partir de la aparición de un evento SUSY por sí mismo. Al parecer, la única manera de hacerlo es mediante la determinación de la rotación de las partículas invisibles (los gravitones tienen spin-2), que puede ser un asunto delicado con el LHC.

Afortunadamente, hay una señal distintiva que es requerida por las teorías con grandes dimensiones adicionales, que debería observarse si los gravitones existen: las excitaciones Kaluza-Klein. Predichas en el decenio de 1920 por Theodore Kaluza y Oscar Klein, quienes trabajaron con teorías de campo en 5 dimensiones, estas son versiones multi-TeV de los fotones y del Bosón-Z. Estos decaerían en un par electrón-positrón o pares de muones que se destacan notablemente de las asfixiantes lecturas de fondo de los hadrones del LHC - al igual que la famosa partícula-j lo hizo en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en los EE.UU. a finales de 1974. De hecho, podría haber "torres" observables de estas excitaciones, repitiendo series de ellas extendidas a energías cada vez mayores. Pero aquí de nuevo, incluso si se observasen tales excesos de pares de leptones, los investigadores del LHC todavía tienen que encontrar la manera de distinguirlos de otras posibilidades.

Hay muchas otras posibles teorías y fenómenos objeto de examen por los físicos, en espera de la gran inundación de datos prevista en el LHC durante los próximos años. Si la gravedad de hecho crece lo suficientemente fuerte como en la escala de multi-TeV, por ejemplo, micro-agujeros-negros se pueden crear profusamente. Qué más aparecería en el LHC, es todavía una adivinanza de los teóricos. Lo más probable es que, algo totalmente inesperado eventualmente se muestre en ATLAS y en el CMS. La historia sugiere que cada vez que el alcance experimental llega tan lejos, normalmente algo sucede.

Y hay, por supuesto, los habituales callejones cerrados y caminos equivocados adoptados por experimentadores demasiado ansiosos tratando de derrotar a la competencia y establecer su reputación científica. Eso es lo que se espera en el curso normal de una emocionante actividad científica. Pero con una interacción sana y activa, una vez más, entre la teoría y la experiencia, estoy convencido de que la verdad en última instancia, saldrá desde cualquier confusión - junto con una nuevo paisaje sorprendente de la física que pocos podrían haber previsto.

Imagen (Roy Langstaff, © CERN)

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