¿Se predijo el X17 antes de observarlo?

Question

Artículos, con muy pocos detalles, han hecho sus rondas sobre un bosón X17 (16,7 MeV) que se observa en las pruebas de desintegración de berilio-8 y quizás una vez en una prueba con helio.

La mayoría de las partículas no descubiertas que se buscan en CERN u otros colisionadores o piscinas oscuras subterráneas tranquilas llenas de agua se predijeron antes de ser buscadas. (WIMPs, el bosón de Higgs, neutrinos, axiones - todos pronosticados primero), tras lo cual, hubo un largo periodo de intentar encontrarlos, en algunos casos, aún en curso.

Y, del mismo modo, a veces los objetos se observan antes de predecirse ( materia oscura y energía oscura probablemente más).

Sé que se ha teorizado sobre una 5ª fuerza, así que, en cierto sentido, hace tiempo que se ha propuesto un 5º bosón, pero los artículos que he leído sólo implican que se estudiaron los productos de desintegración del berilio y que se ha observado X17 como un bache en el gráfico de los datos de salida, pero ninguna indicación de lo que buscaban al estudiar la desintegración del berilio. Me doy cuenta de que el descubrimiento aún no es oficial, pero algunos artículos sugieren bastante certeza de que la observación es legítima.

El hecho de que no se mencione lo que buscaban me sugiere que se trata de un descubrimiento sorpresa, no de un estudio en el que esperaban encontrar algo nuevo, pero quería confirmarlo, ya que los artículos que he visto son todos muy breves. Si había algo específico que buscaban al estudiar la desintegración del berilio, sería de agradecer que lo identificaran.

También se agradecen uno o dos párrafos en términos sencillos.

Answer 1

¿El X17 se predice o se descubre? Depende del significado de la palabra "es".

Predicción frente a descubrimiento

En física de partículas, frases como "el bosón de Higgs" o "la materia oscura" en realidad representan mecanismos o efectos, que podrían materializarse en muchos modelos concretos diferentes. E incluso cuando se especifica un modelo, sigue siendo ambiguo porque se puede variar lo "fundamental" que es el modelo.

El propio bosón de Higgs es un buen ejemplo de ello. Antes del LHC, sabíamos con certeza que las partículas del Modelo Estándar tenían masa, que esto era difícil de acomodar de la manera estándar (añadiendo los llamados "términos de masa" al Lagrangiano), y que una manera muy simple y elegante de hacerlo era el Mecanismo de Higgs . Al llamarlo mecanismo, queremos decir que sólo requería ingredientes generales, como la ruptura espontánea de la simetría y nuevos bosones, pero que no estaba especificado cómo se rompieron las simetrías o qué se añadieron nuevos bosones.

Lo que llamamos "el" bosón de Higgs no es más que el conjunto más simple de ingredientes que se podían suministrar para que funcionara el mecanismo de Higgs. Había muchas alternativas, como el modelo de dos dobletes de Higgs lo que daría cinco bosones de Higgs en su lugar.

E incluso una vez fijado "el" bosón de Higgs, se podría profundizar más. En el modelo resultante, la masa del bosón de Higgs se pone a mano, y los requisitos básicos de consistencia sólo la fijan dentro de un rango bastante amplio. Se podrían considerar modelos más complejos que predijeran valores más específicos de la masa, o incluso explicar de dónde viene el propio bosón de Higgs, por ejemplo, si se sale de un elegante gran modelo unificado o si está hecho a su vez de otras partículas, como el protón está hecho de quarks. Había tantas de estas teorías que casi cualquier masa de Higgs en un rango razonable podía ser acomodada por una o diez.

Así que yo diría que está bastante claro que un bosón de Higgs se predijo antes del descubrimiento... pero es completamente discutible si un bosón de Higgs de masa $125$ GeV ¡se predijo o descubrió!

Quinta fuerza

Al igual que "la materia oscura" o "el bosón de Higgs", "la quinta fuerza" es otra de esas frases vagas que en realidad representan miles de modelos distintos, básicamente cualquier modelo que consista en el Modelo Estándar y cualquier bosón gauge nuevo. Las quintas fuerzas son interesantes porque son extensiones extremadamente sencillas del Modelo Estándar (por ejemplo, se podría tomar una de las fuerzas existentes y copiarla exactamente), y muchos modelos más complejos/fundamentales las proporcionan automáticamente. Otra característica atractiva es que muchos tipos de quintas fuerzas dan lugar a firmas experimentales sorprendentes, que podemos buscar con gran sensibilidad.

Así que, en ese sentido, hace tiempo que se predice una quinta fuerza. Sin embargo, debido a la avalancha de posibles modelos distintos de quinta fuerza, los experimentalistas no suelen intentar probar modelos específicos. En su lugar, parametrizan los efectos de la quinta fuerza en términos de unas pocas cantidades (la masa del bosón gauge, el acoplamiento gauge, el acoplamiento a electrones, la mezcla con el fotón, etc.). A continuación, realizan pruebas que intentan capturar la mayor parte posible de este espacio de parámetros. Se han realizado muchas pruebas de este tipo en el pasado y se están realizando en la actualidad.

Los experimentadores detrás del bosón X17 buscaban un tipo específico de quinta fuerza, denominada " fotón oscuro ". Éstos forman parte de un mecanismo relativamente nuevo para producir materia oscura (DM), utilizando todo un "sector oscuro" en el que la DM sólo afecta a la materia normal a través del fotón oscuro. Este mecanismo ha ido ganando popularidad porque da lugar a DM más ligera, y la DM pesada tradicional ha sido probada de forma bastante concluyente por WIMP búsquedas. Sin embargo, los "fotones oscuros" siguen sin ser un modelo específico, sino que representan una idea general que tiene una serie de modelos concretos correspondientes, y dentro de cada uno de ellos la masa del fotón oscuro puede situarse en un amplio rango. Así que se inspiraron en estas ideas teóricas para buscar bosones a escala de MeV, pero sin dirigirse a ninguna masa específica; simplemente intentaban capturar una porción lo más grande posible del espacio de parámetros.

En encontró pruebas para un nuevo bosón a escala MeV, pero se comportó de una manera bastante extraña. En un documento teórico posterior se explicó que el bosón no podía ser un fotón oscuro, ya que un fotón oscuro con esa masa y acoplamiento ya se habría descubierto en experimentos anteriores. Desechando la interpretación del fotón oscuro, los teóricos mostraron que las observaciones podían acomodarse, sin entrar en conflicto con experimentos anteriores, si el nuevo bosón tenía la inusual propiedad de ser "protofóbico", es decir, no acoplarse a protones. Los experimentadores hicieron entonces un trabajo de seguimiento confirmando sus resultados, lo que ha provocado el reciente frenesí mediático, y en esas estamos ahora.

Espero que sea evidente que su pregunta no tiene una respuesta de sí o no. Hace mucho tiempo que se piensa en las quintas fuerzas, pero son algo muy general. Los experimentadores estaban motivados para buscar un tipo particular y reciente de quinta fuerza (fotones oscuros), pero lo que vieron no era compatible con ella. La ciencia suele progresar así.

Anexo

Me doy cuenta de que el descubrimiento aún no es oficial, pero algunos artículos sugieren bastante certeza de que la observación es legítima.

Esto hay que decirlo: No creo que ningún físico de partículas en ejercicio le dé a esta observación más de un 5% de posibilidades de sostenerse. En cualquier momento, hay unas 50 anomalías experimentales distintas, cada una de las cuales podría revolucionar la física de ser cierta. Históricamente, la gran mayoría no resultan. Esto se debe a que la física es sutil, la física experimental es aún más sutil, y estas mediciones a menudo superan los límites de lo que nuestro equipo puede hacer. (Existe el problema adicional de que el laboratorio que reclama el X17 tiene un historial de reportar anomalías similares -- si no recuerdo mal, ya sacaron esto mismo dos veces en el pasado, con masas de bosones diferentes, y nunca explicaron por qué esas observaciones desaparecieron).

Sucede que ha oído hablar más de este anomalía porque explotó en los medios de comunicación. Esto sucede de forma natural: cuanto más se destaca una noticia, más quiere cada periodista escribir su propia opinión sobre ella, y así se llega automáticamente a una situación en la que el ganador se lo lleva todo y el X17 recibe más atención que las diez anomalías más recientes juntas.

Yo no recomendaría preocuparse por el X17. La ciencia seguirá adelante, los experimentos se analizarán a fondo y se reproducirán, y dentro de diez años sabremos con certeza si es real o no. Si lo es, oirás hablar de ello en todas partes. Si no oyes nada, da por hecho que ha desaparecido.

Answer 2

¿Qué puedo decir? ¿Se descubrió el bosón de Higgs? La tarea del bosón de Higgs fue la confirmación del mecanismo de Higgs. Ahora permítanme hacer esta pregunta estúpida: ¿Qué mecanismo dio masa al propio bosón de Higgs?

https://profmattstrassler.com/2012/10/23/does-the-higgs-field-give-the-higgs-particle-its-mass-or-not/

http://blog.alexander-unzicker.com/?p=57

http://pinopa.narod.ru/ (En ruso e inglés)

El modelo estándar QM no puede responder a esta pregunta.

¿Se predijo la partícula x17? Parece que sí. Sin embargo, la mecánica cuántica no lo hizo. Sin embargo, también en este caso, la partícula encontrada no es la que debía ser en el modelo QM.

La receta para la formación de partículas (más o menos estables) puede encontrarse aquí:

https://www.researchgate.net/publication/323310745_The_Relation_of_Particle_Sequence_to_Atomic_Sequence

Mirando el gráfico, aún quedan partículas por descubrir. Sin embargo, no habrá nada interesante ni emocionante en ellas. Sólo hay que dejar de mirar las partículas como una vaca mira un establo, es decir, sin comprender.

Perdón por mi inglés.