Jerarquías, dimensiones y radiones. Sexta entrega


Esta es la última entrega que tengo planeada para este tema para el minicurso sobre el modelo Randall-Sundrum. Quizás vengan más, pero por el momento creo que tenemos los ingredientes necesarios para entender por qué en

Could the Excess Seen at 124 − 126 GeV be due to the Randall-Sundrum Radion? (Publicado en Physical Review Letters)

proponen que la señal encontrada en el LHC alrededor de 125GeV pudiera ser un radión y no el Higgs.

Antes de seguir me gustaría reseñar un comentario de Antonio Altamira:

Aprecio el esfuerzo de el(los) responsable(s) de este blog por divulgar la física. Pero lo único que digo es que se debe distinguir claramente entre las teorías físicas establecidas y las elucubraciones del tipo “modelo RS”.
Hoy por hoy, la física establecida es el Modelo Estándar de P.E.
Si uno toma el modelo RS como válido, entonces le puede salir una masa para el radión de 125 GeV. O en una hipotética desintegración del Higgs a dos radiones: H –> fi + fi, la masa de estos radiones = M_fi = 60 GeV. O … muchos más etcéteras.
Por esto es por lo que digo que a esa señal del LHC no se le puede hacer equivaler a los radiones. Y también dudo de la falseabilidad del modelo RS.
Por otro lado nuestro universo, según las mediciones de la radiación del fondo de microondas, es plano (la actual curvatura, prácticamente nula, se debió a su etapa inflacionaria). Esto es la física establecida.
Pero el modelo RS implica una quinta dimensión (entendida como nuevas componentes en la métrica [no como algo esotérico]) y una curvatura de tipo Anti de Sitter que conecta dos branas mediante la gravitación. Y esto es, por ahora, física especulativa.
Saludos, Antonio.
Antonio.

Estoy de acuerdo en que hay que ser conscientes de qué es una teoría que ha superado las pruebas experimentales y lo que es un modelo que no la ha superado aún.  En las entradas relacionadas con este modelo he querido explicar el modelo, en ningún momento he dicho que sea la última palabra, que sea correcto o que sea incorrecto.  Pero lo que ha de quedar claro es que el modelo permite que lo comprobemos experimentalmente y una evidencia es el artículo mencionado que propone pruebas experimentales del mismo.  Aún así todavía queda mucho por saber.  En esta entrada vamos a explicar por qué es plausible que esta señal del LHC sea un radión sin afirmar que lo sea.

¿Por qué la señal del LHC pudiera ser un radión?

Para empezar hay que recordar que en el LHC hay evidencias de que hay algo a 125GeV (o alrededores).  Unas magníficas revisiones de este tema, de un posible Higgs a 125GeV las podéis encontrar en el blog Francis (th)E mule Science’s News. Como se dice ahí, la señal no es concluyente ¿Por qué?

Primero hemos de recordar cómo funciona este negocio:

– Disponemos de modelos teóricos que nos dicen como se comportan las partículas fundamentales.  Por ejemplo el Modelo Estándar.

–  Estos modelos nos dicen que dada una partícula esta se puede desintegrar de varias formas distintas.  A estas formas de desintegrarse se las denomina “canales de desintegración”.

–  Los modelos nos tienen que decir, dada una partícula, cuáles son sus canales de desintegración y con qué probabilidad tendremos cada canal.  Poniendo un ejemplo si tenemos una partícula A, el modelo nos diría que tenemos tres canales de desintegración

  • A–>BB   25%
  • A–>CD  65%
  • A–>FF   10%

–  Lo que hacemos en un acelerador es lanzar partículas (electrones o protones, por ejemplo) con mucha energía unas contra otras.  En esas colisiones se espera que se creen otras partículas, por ejemplo la partícula A.  Y lo que se mide o se detecta son los productos de desintegración (generalmente, dado que las partículas producidas por la colisión de las originales tienen mucha masa y son inestables.  Es decir, nuestros detectores medirían dos partículas B, una C y una D o dos partículas F, en caso de que el modelo empleado fuera cierto. Mediríamos otra cosa si el modelo fuera erróneo.  La gracia está en repetir miles y miles de veces las colisiones para saber si se producen con las probabilidades predichas por el modelo.  Además el modelo nos tiene que informar de otras características, como la masa de las partículas, su comportamiento magnético, etc.

Pues bien, la señal encontrada en el LHC a 125GeV parece ser que cumple con lo que el modelo del Higgs predice para sus desintegraciones.  El problema es que las cosas no encajan del todo.  Esto puede ser debido a que hemos hecho pocas colisiones y no hemos acumulado suficientes datos todavía para haber llegado a la confianza estadística de que eso sea un Higgs y las desviaciones son un artefacto de un número bajo de datos.  Pero puede ocurrir que en realidad lo que estamos viendo no sea un Higgs sino otra cosa, por ejemplo han propuesto un radión.

Por ejemplo, se sabe que el modelo estándar (con el Higgs) predice que el Higgs se tiene que desintegrar en dos fotones.  Es decir, se produce un bosón de Higgs y este desaparece en forma de dos fotones:

H\rightarrow \gamma \gamma

Los datos de los que se disponen parecen decirnos que la cosa a 125GeV del LHC  sigue este canal de desintegración el doble de veces que lo que el modelo estándar predice para el Higgs.  Por supuesto, esto puede ser debido simplemente a que aún no hemos hecho suficientes medidas como hemos dicho antes.

Sin embargo, estos físicos (los del artículo) nos dicen que si fuera un radión esto estaría explicado. ¿Por qué?  Porque el radión tiene las propiedades del Higgs, es un campo escalar y se acopla a los bosones W y Z como el Higgs. Sin embargo, se predice que el radión se desintegre en dos fotones el doble de lo que lo haría un Higgs.

Así que bajo esta suposición, en principio no podemos afirmar que la señal a 125GeV sea un Higgs ni tampoco podemos eliminar la posibilidad de que sea un radión.  ¿Sabéis qué? Hay que esperar a más datos experimentales.  Pero es bonito esto de poder comprobar cosas propuestas por distintos modelos.

¿Qué es lo que debemos esperar?

Pues lo que debemos esperar es lo siguiente:

  • Acumulación de más datos de colisiones y desintengraciones para mejorar nuestra estadística.
  • Si se confirma que la señal decae a dos fotones el doble de lo que lo haría un Higgs entonces casi que se puede decir que eso no es un Higgs.  Esta desintegración está muy limitada por otras contribuciones y no es fácil conseguir en el modelo estándar (ni ampliaciones) que el Higgs doble su probabilidad de decaer en dos fotones.
  • Si esto se confirma todavía hay que comprobar que la señal es un radión.  Hay que estudiar otros canales de desintegración para ver si coinciden con lo que se espera de un radión y hay que medir una cosas que se llama “vev del radión” que el modelo dice que tiene que estar alrededor de 700GeV.
Pero parece que ya hay voces que dicen que eso no puede ser un radión precisamente porque no hay forma de que sea compatible con un “vev” de 680GeV:

Por el momento no podemos afirmar ni desmentir ninguna posibilidad, pero estamos en camino de poder hacerlo.  Esto es física en estado puro. Da igual qué modelo acabe teniendo razón, por el camino hemos aprendido muchas cosas.

Nos seguimos leyendo…

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13 Respuestas a “Jerarquías, dimensiones y radiones. Sexta entrega

  1. Héctor de Jesús Monsalve Gómez

    Ya conocemos las paradojas matemáticas que contradicen la lógica y el mundo físico. Una cosa es el mundo real y otro, muy diferente, el mundo imaginario. ¡Con la matemática se puede demostrar… hasta el absurdo!

  2. Algo no me calza :
    “el modelo estándar (con el Higgs) predice que el Higgs se tiene que desintegrar en dos fotones.”
    “Los datos de los que se disponen parecen decirnos que la cosa a 125GeV del LHC sigue este canal de desintegración el doble de veces que lo que el modelo estándar predice para el Higgs.”
    es decir por el doble entiendo que se desintegra en 4 fotones???, pero luego dices lo siguiente:
    “Sin embargo, se predice que el radión se desintegre en dos fotones el doble de lo que lo haría un Higgs.”

    Saludos cordiales

  3. Una consulta, el modelo RS tiene una geometria muy similar (o igual) a la planteada en el modelo de universo ciclico de Steinhardt y Turok. Si llegase a probarse la existencia del radion, ¿se estaria haciendo falseable esta teoria tambien o al menos en parte?

  4. Me parece que lo que està sobre el tapete se explica por si solo, y no hay segundas interpretaciones.

  5. En primer lugar me gustaria felicitaros por vuestra web, en mi opinión es una de las mejores en español y animaros a seguir con vuestra impresionante labor de divulgación ya que desde luego no estamos sobrados de sitios de alta calidad como este.
    Existen muchas teorías físicas que se basan en la existencia de dimensiones superiores como los modelos basados en la teoría de Kaluza-Klein, Supercuerdas, etc. Evidentemente y como bien decis estas “teorias” son solo hipótesis mientras no se demuestre experimentalmente su validez. Algunos tachan estas hipótesis de “no-científicas”, en mi opinión esto no es cierto, son hipótesis pendientes de demostrar con un potencial igual a cualquier otra hipótesis que no utilice dimensiones superiores. No olvidemos que muchas de estas teorias se basan en criterios de simetría fundamentales que tantos exitos han cosechado en la física fundamental.
    Existe una cuestión que me ronda desde hace algún tiempo sobre la relación entre matemáticas y física y es la siguiente:
    El formalismo matemático de las teorias físicas fundamentales como el modelo estándar o la mecánica cuántica descansa sobre espacios abstractos puramente matemáticos, en el SM se utilizan los espacios de la teoría de grupos SU(3)xSU(2)XU(1), en MC los espacios de Hilbert,etc.
    Mi pregunta es, ¿Creeis que es posible que alguno (o todos) estos espacios matemáticos puedan tener una existencia real y pudieran corresponderse con dimansiones extra? Por ejemplo, las 10 dimensiones de la teoria de supercuerdas podrían corresponderse a los “espacios internos” correspondientes al Spin, el isospín, la simetría gauge U(1), SU(2), etc. ¿O es evidente que estos espacios, muchos de los cuales están relacionados con los números complejos no pueden ser reales? Los grupos como SU(2) representan un giro esférico ¿Es posible que ese giro sea de un objeto real?
    Gracias por vuestra atención y perdón por estas preguntas al borde de la física y de la “metafísica”

    • En efecto se podría considerar así. Por ejemplo, aumentar una dimensión el espaciotiempo y decir que esta está compactificada (modelo Kaluza-Klein) hace que la carga eléctrica ya no sea debida a un espacio interno con simetría U(1) sino que es un reflejo 4D de lo que ocurre en la dimensión extra.

      Hay todo un juego de aumentar dimensiones y reducir las simetrías internas. Por ejemplo en teoría de cuerdas, cuanta mayor dimensión tenga el espacio menor es el número de generadores de supersimetría que necesitas.

      Un saludo.

    • En mi opinión, GUT, la física teórica enseña a comprender el universo; pero ésta, a veces, también se asemeja a la metafísica. Por eso uno ha de saber distinguir entre lo plausible y lo establecido. Y ésto sólo se consigue a base de estudio.
      Las seis entradas de este “Cuento Cuántico” hablan por sí mismas: una masa del radión tipo RS de 125GeV, con lambda_fi = 680 GeV, pero que si tenemos el cuenta el gravitón, entonces la lambda_fi puede ser: 5.97 TeV ó 13.8 TeV ó etc. Es decir, que se hace improbable el poder acoplar las restricciones teóricas a las experimentales para obtener un todo consistente.
      Y esto otro que viene a decirnos ahora Cuentos Cuánticos: si el radión se desintegra en dos fotones (“el doble de lo que lo haría un Higgs”), entonces el experimento validaría el modelo RS. Simplemente, no es así. El canal H –> gamma + gamma es el que ha sido mejor estudiado y tiende a confirmar que esa partícula de masa 125GeV es el tan buscado Higgs.
      Saludos,
      Antonio.

      • Voy a volver a decirlo:

        En ningún momento hemos afirmado que la señal sea un radión. Lo que hemos hecho es explicar por qué hay gente que dice eso. Y hemos explicado el modelo sin decir en ningún momento que sea el definitivo. Creo que me he esforzado mucho en dejar claro ese punto. Si no es así, espero que este comentario sirva para disipar dudas.

        Por otro lado,

        ha día de hoy hay discrepancias en el canal a dos fotones de la señal con un Higgs. Así que todavía no se puede afirmar sin ningún genero de dudas que eso sea un Higgs. Si se puede afirmar me encantaría leer una referencia al respecto.

        Además,

        me parece que la física avanza de este modo, hay gente que propone modelos que luego se tienen que comprobar experimentalmente. Negar la posibilidad de un modelo porque te guste más o menos es, cuanto menos, poco científico.

        Pero insisto, en ningún momento se ha afirmado nada acerca de la validez de estos resultados simplemente me pareció interesante como manera de motivar una explicación del modelo de Randall-Sundrum.

        Un saludo.

      • Antonio, en la primera entrega de estas 5 entradas pone bien claro que el objetivo de las mismas es explicar el significado del paper aparecido en Pysical Review Letters: Could the Excess Seen at 124–126 GeV Be due to the Randall-Sundrum Radion?
        En ningún lado se afirma que la señal de 125GeV sea un Radión, eso lo determinarán los próximos datos del LHC.
        Por otro lado lo que CC afirma es que los datos obtenidos por el LHC en el año 2011 parecen indicar que el supuesto Higgs de 125GeV se desintegra en el canal de difotones con una tasa que es el doble de la predicha por el SM. Muy probablemente, cuando tengamos más datos este valor se irá acercando al valor predicho por el SM lo que CC afirma es que prácticamente la totalidad de las extensiones del SM predicen una tasa de desintegración en este canal menor no mayor por lo que si se confirma esta tasa de desintegración esto sería una prueba a favor del radion NO UNA CONFIRMACIÓN. Creo que CC se ha expresado con absoluta claridad.
        Por otro lado, todo parece indicar (menos la tasa de desintegración antes mencionada) que la señal corresponde al Higgs del SM (los experimentos de precisión del modelo electrodébil, análisis preliminares que parecen indicar que tiene spin 0, la absoluta precisión que hasta ahora ha presentado el SM, etc). Sin embargo, sería muy emocionante que no fuese el Higgs del SM, tiene que existir física más alla del SM y el LHC debería encontrarla (si no está fuera de su alcance). La posibilidad (por pequeña que sea) de que esta señal pueda ser una vibración en dimensiones superiores no es para nada descabellada (el LHC ha buscado durante el año pasado partículas de Kaluza-Klein) y si se confirmase sería uno de los más grandes descubrimientos de la historia de la humanidad ¿Puede existir algo más espectacular que la confirmación de que nuestro Universo tiene nuevas dimensiones?

      • I am afraid that the LHC’s phiiscysts labor on tunnel-vision.Therefore I give them and you my definition of spatial dimensions: dimensions that shape the world endogenously, being generic and not independent, their properties being fully interrelated, continuously changing each other’s proportions.

  6. 1-Primer acto: Aparece los primitivos partidos donde unos hombres creen en la Religiosa Dimensión (RD) y el que no cree en ninguna dimensión (AD). Es el hombre tratando de sobrevivir dentro de una naturaleza que por los siglos de los siglos, no le dejara de ser inhóspita y hostil.
    –RD, cuando morimos es que podemos vivir en esa misteriosa dimensión, la de los dioses, la que sentimos que existe dentro de nosotros. A muchos se les ha manifestado de distintas formas en su humanomundo.
    –AD, logran sobreponerse y desarrollarse a pesar que no le interesa dedicase de lleno al trabajo de esquematizarse, de modelarse intelectual la realidad donde dice que se quedan al morir. Porque a pesar de que ya cuenta con las sobreproducción, que le permitiría tomar tiempo para eso, no siente que esa sea la realidad. Los esquemas, de RD; solo ayudan a tranquilizar la naturaleza “inquieta” de una parte de la sociedad; a través de los miedos morales…

    2-Segundo acto: La vida en sociedades grandes, complica las relaciones humanas y aparece la interpretación del mundo de 3Direcciones espaciales y 1Temporal; como una consecuencia real del humanomundo.
    –RD, mantienen a sus dioses en la RD, a pesar de que la represión inicial no detiene a los desertores.
    –AD, el mundo sigue siendo ADimensional; pero esquematizar intelectualmente la realidad, tiene para muchos casos sus beneficios.
    –3D1D, ellos pueden demostrar en las observaciones practicas y con las demostraciones de la física-matemática que lo que ven es cierto. Cada día mas, muchos logran buscar el pan nuestro de cada día, a través de sus creencias en que 3D1T es real, es la realidad que esconde el mundo a nuestros limitados censores. Es decir, son capaces de valorizar, de sacarle valor agregado a su mundo 3D1T. Para 3D1T; lo AD son unos oportunista que dicen que no creen, pero que en el fondo sacan provechos como si creyeran.

    3-Tercer acto: Se estanca la interpretación 3D1T, y aparece la 4D como una necesidad real, de la interpretación físico-matemática del micromundo y el macromundo. Entonces se crean cuatro partidos, si nos atenemos a las dimensiones; el de la RD, el AD, el 3D1T y el 4D (el del espaciotiempo geométricamente juntos).
    –RD, mantiene con múltiples variantes sus dioses y su futura vida en su RD.
    –AD; 4D es más de lo mismo.
    –3D1T; 4D es una forma físico-matemática que simplificaba la física-matemática y eso nos permite ir más allá en los cálculos, en la explicación y la comprensión de la naturaleza; solo si respetamos sus límites. Pero que no es real, ni nunca podrá ser real, por inobservable. Solo sirve para aumentar la potencia de los cálculos. La misma posibilidad que se abrió, al inventarse la función de variable compleja, por sobre la función de variable real. Pero que nunca se pudo ver, en la física clásica real de ningún laboratorio, en nuestro mundo real. A pesar de ser ampliamente usadas esas matemáticas en los laboratorios y las ingenierías. Pero que a pesar de las simplificaciones que se logran con 4D, solo es una herramienta limitada a contextos concretos y que por eso cuando generalizan; ni ellos mismo logran explicarse sus consecuencia con coherencia absoluta. Porque al generalizarse, se van de sus limites y hay que inventase cosas oscuras que traen dos problemas, donde se pretendía resolver uno.
    — 4D dice que si la miden, a través de los efectos que predicen y modelan. Y que por eso, para ellos, si es real. Que solo se necesitan que la realidad sea calcada, refleja, para sentir que es real. Que con agregarle al humanomundo, los calcos reflejos observables del micromundo y el macromundo; y a la vez que estén esquematizados a través de la física-matemática, siente que la realidad es toda esa extensión. Y que en 4D se particularizan todas las otras explicaciones, y que por eso, los demás partidos son inferiores intelectualmente…

    4-Cuarto acto: Se estanca la realidad 4D [por más que la ordenan, ya no da tantas sorpresas]; y aparase, por extrapolación y síntesis histórica-intelectual de la física-matemática la 5D.
    –RD, mantiene con múltiples variantes sus dioses y su futura vida en su RD. Y algunos, comienzan a relacionar la dimensión de sus dioses con la 4D.
    –Para el partido AD,… mas de lo mismo.
    –Para el 3D1T, nunca podrá ser real, por inobservable.
    –Para 4D, 5D, no es real, porque ni siquiera se refleja ningún efecto que la ponga de manifiesto.
    –Pero 5D, argumenta que si es posible porque lo demuestra la evoluciona histórico-dialéctica de los demás partidos. Adema, que igual que lo hizo el partido 4D, ellos podrán encontrar también reflejos observables.

    5-Quinto acto: Aparecen las XD, como consecuencia la gran numerología experimental existente, que no encuentran explicaciones con simples postulados, que sinteticen y generalicen en unas porcas formulas todas las dudas físicas; como se hizo las cinco veces anteriores.
    –Las XD, mas destacadas creo que son la 26D y la 10D; pero en esto esta afluyendo mucho las simpatías que se han creado en la cabeza del científico, por las hojas de ruta de su formación. En estos caso, se crean tantas mezclas en la línea; micromundo-humanomundo-macromundo; que pueden llegar hasta cierta infinitud irracional. Pero nadie puede decir que se están haciendo cosas ilegales, al menos desde las matemáticas. La RD, AD, 3D1T y 4D; se mantienen sobre sus mismas ideologías; mientras 5D, no pueden ser muy críticos, porque su tejado esta hecho con el mismo vidrio.

    Lo irónico de todo esto es, que a pesar de las fuertes discusiones ideológicas que sostienen; ninguno logra imponerse al otro. Y es que para mi, a estas alturas creer en dimensiones, en soluciones a través de dimensiones, si es el verdadero cuento intelectual de nunca acabar. ¿Con tantos modelos se ha llegado ya a la completitud teórica, de la amplia numerología experimental con que contamos? NO, no,… Incluso en los casos que aceptan; estos modelos tienen tan bajo redimiendo explicativo, que seguimos cargando sobre los hombros, la pesada numerología experimental; que las cinco veces anteriores pudimos sintetizar en unos cuantos símbolos. Algo que no se logra hace, ya hace unos 80 anos. Desde hace 80 anos acumulamos datos que no podemos relacionar de forma efectiva. Creo que una de las causas, de que en tantos modelos halla que rellenar a mano, no es la falta de evidencias experimentales; sino los complejos y oscuros caminos que hemos tomado para interpretar la gran numerología experimental. A mi parece que los científicos no logramos meter toda la numerología experimental, en unas pocas formulas, por el robo que le ha hecho a su imaginación física, la excesiva matematización de la física y la creencias predictivas que se le suponen, a modelos con tan pocas conexiones, con la naturaleza física de las cosas. Es decir, las corrientes que se han desarrollado en las últimas décadas, los caminos escogidos, no han sido suficiente para sacarnos de la amplia numerología experimental que se ha acumulado y nos están confundiendo cada día mas. Esto es una realidad más grande que el Sol. Y es que después de la ecuación de Dirac; hace como 80 anos; ningún modelo teórico ha presentado tal rendimiento físico; a pesar del desarrollo instrumental que hemos alcanzado y la necesidades de que aparezca. Es imposible tapar el sol con un dedo.

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