Sin embargo, y pese a la magnitud de este espectacular descubrimiento, muchos físicos esperaban algo más, alguna sorpresa con la que no contáramos. Al fin y al cabo, el bosón de Higgs era un invitado esperado: sin él el Modelo Estándar, el marco teórico actualmente considerado como nuestra mejor descripción de las propiedades de las partículas fundamentales, carecería de sentido. Ahora bien, existe gran consenso en que el Modelo Estándar, pese a su gran éxito, no puede ser la teoría última. Indicaciones como la pequeñez de las masas de los neutrinos o la necesidad de explicar la existencia de materia oscura apuntan a la posible existencia de nuevas partículas e interacciones no descritas en el Modelo Estándar, y a éstas se suman numerosas propuestas teóricas que, tratando de abordar la lógica interna del modelo, también predicen la existencia de nuevas partículas al alcance del LHC. El hecho de que ninguna de esas partículas haya aparecido en los datos ha desconcertado durante un tiempo a algunos grupos teóricos. ¿Quizá esa situación esté empezando a cambiar?

El LHC es una máquina muy sofisticada, pero su funcionamiento básico es bastante sencillo. Tras acelerar protones a velocidades cercanas a la de la luz se les hace chocar en varios puntos fijos en los que previamente se han colocado gigantescos detectores, los cuales se encargan de registrar qué emerge de estas colisiones. Por ejemplo, es posible determinar experimentalmente cuántas veces se producen pares de fotones con una determinada energía. El objetivo es comparar lo que el Modelo Estándar predice para estas cantidades y lo que observamos en los datos experimentales, tanto para comprender mejor el modelo como para buscar fenómenos que éste no sea capaz de explicar. Si encontramos uno de estos fenómenos decimos que estamos observando "nueva física": una discrepancia entre el Modelo Estándar y el experimento. Tales discrepancias pueden ser realmente pequeñas, un único evento anómalo entre millones de eventos normales, pero estas agujas en el pajar son una de las razones por las que se construyó el LHC. El pasado 15 de diciembre las colaboraciones ATLAS y CMS, los dos experimentos de propósito general del LHC, anunciaron la observación de sendas discrepancias en sus búsquedas de eventos con dos fotones. Allá donde el Modelo Estándar predice un número determinado de eventos tanto ATLAS como CMS observaban un exceso, un número ligeramente superior. Especialmente sugerente resultaba que estos resultados habían sido obtenidos de forma independiente por las dos colaboraciones, y que ambas encontraban el exceso en eventos con pares de fotones a una energía similar, alrededor de los 750 GeV.

Al hacer públicos estos datos, sin embargo, tanto ATLAS como CMS insistieron en que era demasiado pronto como para echar las campanas al vuelo y proclamar la existencia de la tan ansiada nueva física. La razón es que nuestro conocimiento de lo que sucede en una colisión entre partículas es meramente estadístico. La teoría nos predice con qué probabilidad se puede producir un evento u otro, pero no es capaz de decirnos qué es lo que va a suceder en una colisión concreta. Debido a esto nuestro conocimiento de estas colisiones es similar en algunos aspectos al lanzamiento de una moneda: las monedas tienen una cara y una cruz, y si lanzamos la moneda un número suficientemente elevado de veces veremos que cada una de esas dos opciones aparece aproximadamente la mitad de las ocasiones. Sin embargo, cuando el número de lanzamientos es pequeño es posible que encontremos que una de las opciones aparece notablemente más que la otra: por ejemplo, en cinco lanzamientos podríamos obtener cuatro caras y una cruz. Los físicos llaman a esas coincidencias, debidas únicamente a que tenemos un número pequeño de eventos, “fluctuaciones”.

La única manera de que la verdadera estadística se haga presente es acumular un gran número de eventos. En el caso de la moneda es plausible obtener cuatro caras si lanzamos la moneda cinco veces, pero si la lanzamos quinientas y obtenemos cuatrocientas caras empezaremos a pensarc que la moneda está trucada. Lo mismo sucede en el LHC: aunque es realmente llamativo que los excesos encontrados en ambos detectores coincidan en la misma región de energías, los ya famosos 750 GeV, el pequeño número de eventos que se maneja por el momento no permite descartar que se trate de una fluctuación. Por suerte el LHC va a seguir acumulando datos, repitiendo las colisiones una y otra vez, por lo que pronto podrá contar con un número suficiente de eventos como para saber si la desviación es real o no. La comunidad de física de partículas se encuentra expectante, a la espera del próximo anuncio de ATLAS y CMS, que podría producirse en las próximas semanas.

Con todas estas cautelas, si uno desea ser optimista y pensar que no estamos ante una fluctuación estadística, la interpretación inmediata de los datos sería la existencia de una nueva partícula, desconocida hasta la fecha, con una masa de unos 750 GeV y que se desintegra produciendo dos fotones. Esta partícula sería la primera indicación directa de la existencia de nueva física más allá del Modelo Estándar, lo cual podría conducir a un nuevo paradigma en el mundo de las partículas fundamentales. Ante un escenario tan emocionante la reacción no se hizo esperar: al día siguiente del anuncio por parte de ATLAS y CMS numerosos artículos teóricos con nuevas propuestas e ideas inundaban ya la red. En pocos días los artículos se contaban por decenas y medio año después del anuncio hay casi cuatrocientos artículos escritos sobre el exceso y su posible interpretación. Tan explosiva fue la proliferación de artículos teóricos que la prestigiosa revista Nature le dedicó un editorial en el que analizaba el impacto social, no siempre positivo, que este fenómeno había tenido en la comunidad.

Con los pocos datos experimentales existentes es difícil elegir entre las alternativas presentadas por los teóricos, pero sin duda existen algunas ideas que están ganando cierta popularidad. La hipótesis más sencilla es que la nueva partícula sea un bosón escalar, una versión pesada del bosón de Higgs, tal y como muchos marcos teóricos ya existentes han predicho. Para reproducir el tamaño del exceso sería necesario dotar a esta partícula de interacciones relativamente intensas con los protones y con los fotones, pero de nuevo la inventiva de los físicos teóricos ha dado con numerosas formas de conseguirlo. Se ha propuesto la existencia de otras nuevas partículas, también por descubrir, cuya mediación daría lugar a las interacciones necesarias, así como de nuevas simetrías e incluso de sectores “ocultos” de la física a los que por fin estaríamos pudiendo acceder. También se han escrito trabajos relacionando el exceso en el espectro de dos fotones con otros misterios de la física fundamental actual. Por ejemplo, se han investigado las conexiones que podría tener con la masa de los neutrinos, la materia oscura o incluso con ciertas anomalías observadas en otros experimentos.

El tiempo dirá si estamos ante otro gran descubrimiento o si finalmente el exceso observado es una mera fluctuación estadística. En cualquier caso, si algo ha demostrado este fenómeno es que la comunidad de física de partículas está muy viva. Numerosas ideas, algunas de ellas ciertamente interesantes, han sido propuestas por los físicos teóricos. Incluso si la adición de nuevos datos hace desaparecer el exceso algunas de estas ideas pueden servir para abrir nuevas líneas de investigación con posibles aplicaciones en experimentos futuros. Mientras tanto, el LHC seguirá explorando una escala de energías que solamente hemos empezado a arañar, en busca de nuevos fenómenos que nos permitan dar otro paso en nuestra comprensión del mundo microscópico.

"Search for resonances in diphoton events at √s = 13 TeV with the ATLAS detector", ATLAS Collaboration. arXiv:1606.03833

"Search for resonant production of high-mass photon pairs in proton-proton collisions at √s = 8 and 13 TeV", CMS Collaboration. arXiv:1606.04093

En la figura: Resultados de la colaboración ATLAS a fecha de diciembre de 2015. La parte superior de la gráfica muestra la predicción del Modelo Estándar, en rojo, así como los datos obtenidos en el experimento, en negro. Se aprecia claramente cómo alrededor de una energía cercana a los 750 GeV los datos muestran un exceso notable por encima de la predicción de la teoría.