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Top 10 de Primavera

sexta-feira, 23 mar 2012; \12\UTC\UTC\k 12 Deixe um comentário Go to comments

Me disseram que eu não tenho escrito muito no blog (e, aparemente, nenhum dos meus colegas). Então eu resolvi colocar um título para esse post que sugere que o próximo virá só em 3 meses. Esse post vai ser um apanhado de resultados recentes e interessantes (na minha óptica limitada) em física de partículas. Do jeito que esse campo tem andado rápido, eles já não são nem tão recentes assim, mas tudo bem. Sério, vão ser apenas clippings com curtas explicações do porque eu acho interessante. Tipo um “Top 10”. Preparados? Apertem os cintos…

10. LHC está ligado de novo! Desde semana passada o LHC tem feixes em seus aceleradores. Não há colisão ainda, apenas em abril. Mas as condições do acelerador para esse ano já estão determinadas:

  • 8 TeV de energia (4+4)
  • 50ns entre cada colisão
  • Maior focalização dos feixes no ponto de colisão (\beta^{*} = 60cm)
  • 126 dias de colisão (\approx 12-19\, fb^{-1})

Claro que os experimentos gostariam que tivesse mais energia e menos tempo entre colisões, mas isso é tudo que a máquina pode fazer até agora. A luminosidade de pico vai ser em torno de 6800\cdot 10^{30}\,cm^{-2}s^{-1}, o que é ótimo, mas o pile-up deve ficar na faixa de 30-50 colisões simultâneas. Claro que para os golden modes (ZZ(\rightarrow 4\ell),\gamma\gamma) isso não importa muito. Mas para física com MET, isso vai ser um fator limitante (apesar do otimismo dos experimentos).

9. Colisão de íons pesados. STAR, PHENIX, Atlas, CMS e ALICE publicaram mais resultados sobre colisões de íons pesados. Esse é um tipo muito difícil de física, porque é muito difícil extrair informação dos dados coletados. A grande maioria dos trabalhos verifica a evolução termodinâmica do meio formado na colisão (o “plasma de quarks e glúons”). Diversos efeitos que eram considerados interessantes no passado e que receberam nomes chiques como The Ridge e Mach Cone agora são entendidos como frutos de anisotropias superiores. Superior aqui quer dizer além da segunda ordem numa expansão em série de Fourier. A segunda ordem, chamada nesse caso de “fluxo elíptico” (por motivos óbvios), é sempre esperado numa colisão de íons. O fato de harmônicos superiores explicarem efeitos no estado final é meio decepcionante (vocês se lembram a festa que o CMS fez quando observou o ridge pela primeira vez), mas deve ser esperado dada a baixa viscosidade que se sabe que esse meio tem.

Também saíram vários artigos que estudam as partículas que são produzidas dentro desse meio contínuo de quarks e glúons. De novo, esse meio é tão bagunçado que é difícil tirar qualquer conclusão precisa sobre ele. Para mim, o mais interessante é quando é produzido um jato. Ano passado o Atlas mediu pela primeira vez o chamado Jet Quenching e foi algo muito impressionante. Agora, tanto CMS quanto Atlas tem uma multitude de medidas variando rapidez, centralidade, … Do que eu li desses artigos, tudo que se concluí é que nenhum modelo prevê isso decentemente. Mas também, it is a mess!

8. Heavy Flavors. Tem saído uma multitude de trabalho medindo ressônancias desconhecidas com baixa massa. Quando eu comecei a fazer física era apenas uma. Agora, artigos publicados por BESIII, Belle, Babar, LHCb tem achado uma multitude de estados (todos recebem o nome X) que não parece se encaixar em nenhum multipleto. Há um grande e interessante esforço em se medir as propriedades (massa, carga, spin, simetrias discretas) desses novos estados descobertos por esses experimentos, mas a estrutura deles ainda é desconhecida. Seria um acoplamento fraco de dois mésons (tipo uma molécula de méson)? Seria um acoplamento forte de mais de três quarks (tetraquarks)? Ninguém realmente sabe.

Na parte de física de B, o LHCb continua a escrever um livro sobre o assunto. Eles tem publicados uma infinidade de medidas sobre o decaimento de mésons B. Todas em perfeita concordância com o modelo padrão (apesar do que o CDF pode ter dito no passado). Há inclusive alguns cadidatos a B_s\rightarrow\mu\mu! Eles ainda não põem limites bilaterais na largura de decaimento do B_s, mas estão muito próximos. Esse tipo de medida é muito importante para se dizer algo sobre extensões do modelo padrão sem ter que considerar modelos específicos. Por exemplo, com o limite que o LHCb põe nessa largura de decaimento, teorias supersimátricas com alto \tan\beta estão mortas.

Também apareceram alguns artigos teóricos mostrando que a violação de CP direta medida pelo LHCb há algum tempo atrás é sim prevista pelo Modelo Padrão. Parece que o problema na conta era uma expensão não tão bem controlada em 1/m_c e, quando se usa dados medidos para controlar essa conta, a previsão para violação de CP direta em decaimentos de D é da ordem do observado pelo experimento.

7. QCD. Como é esperado, muitos resultados tem aparecido, mas aqui o mais interessante tem sido os resultados teóricos. Vários artigos interessantes foram escritos nesses últimos meses. Tanto o CMS quanto o Atlas mediram uma grande produção de estados finais com dois fótons (em baixa separação angular) ano passado. Alguns apressados chegaram a gritar “nova física”! Mas eu acho que era óbvio que não era. Quando a conta foi feita em NNLO, a previsão da QCD bate direitinho com os dados medidos. Isso é muito importante para procura por Higgs quando esse é feito com alto momento.

Também apereceram contas mais refinadas (em NNLO) da produção de Higgs e de bósons vetoriais massivos (W,Z). Kudos para os grupos italianos (Grazzini e cia) e argentinos (de Florian e cia) que estão cruzando a barreira no NLO e fazendo com que a gente entre na época do NNLO.

Agora, a conta mais impressionante desses últimos tempos é a seção de choque de top-antitop em NNLO (Mitov e cia). Essa é uma conta em NNLO tal como as outras acima, mas com vários jatos no estado final. Isso é muito importante para se calcular precisamente observáveis como a assimetria forward-backward, que até hoje só foi calculada em ordem mais baixa de teoria de perturbação. Muitas coisas não concordam com o primeiro termo de uma expansão pertrubativa, principalmente quando novos canais de produção são abertos a cada nova ordem. E é justamente por isso que as medidas do CDF e D0, apesar de muito interessantes (e experimentalmente complicadas de se fazer quando se separa em massa invariante), têm que ser levadas com pé atrás do lado teórico. Eu sei que tem gente que investe sua carreira em buscar modelos para explicar essa assimetria, mas eu não ficaria surpreso se contas refinadas do modelo padrão explicarem sua origem. Falando nessas medidas, parece que foi entendido qual era o problema com a previsão teórica do momento transverso do par top-antitop na medida da assimetria forward-backward do D0. Aparentemente, quando se considera radiação no estado final corretamente, a medida bate perfeitamente com QCD.

6. Neutrinos. Finalmente mediram o último ângulo de mistura \theta_{13} (com os famigerados 5\sigma “exigidos” na minha área). E não foi um experimento de acelerador.Esse ângulo foi medido usando o desaparecimento de neutrinos de elétron produzidos em usinas nucleares. Claro que pessoal do T2K e do MINOS ficaram chateados, mas por outro lado foi uma boa notícia. Isso porque o ângulo medido pelo Daya Bay (e em perfeito acordo com a evidência observada pelo Double-Chooz anteriormente) é maior do que poderia se imaginar por argumentos de naturalidade.

E o que isso tem de bom? Bem, com um ângulo tão grande, o experimento NOvA, no Fermilab, vai conseguir resolver o problema de hierarquia das massas dos neutrinos e experimentos como o LBNE podem medir o ângulo de violação de CP. Com tudo isso resolvido vai ficar faltando a questão da massa de Majorana dos neutrinos e um arcabouco teórico decente para explicar tudo isso.

5. Top. O quark top é a grande janela para descoberta de nova física no LHC. Who ordered such large mass? é a pergunta que todo mundo se faz. O acoplamento de Yukawa do top é {\mathcal O}(1)! Medir a massa e a seção de choque (total e diferencial) do quark top com precisão é, na minha humilde opinião, o que tem alguma chance de mostrar desvios do modelo padrão. Claro que para isso temos que ter cálculos também precisos e grandes passos tem sido dados, como eu discuti acima. Os experimentos não estão ficando atrás. O D0 e CDF continuam melhorando suas medidas da massa do top, com precisão já na casa dos 0.5\%. O CMS anunciou uma medida na mesma casa de precisão, mas eles receberam críticas duras por não terem levado em consideração incertezas vindas de reconexão de cor, underlying event e hadronização. Essas são as incertezas que limitam esse tipo de medida hoje em dia e não levá-las em consideração é muito feio.

Claro que quando se chega nesse nível de precisão, começa-se a ser importante se definir exatamente em qual esquema de renomalização essa massa está sendo medida. E, surpresa-surpresa, ninguém sabe realmente. Essa massa do top que está se medindo é um parâmetro dentro do Pythia que não tem nenhuma conexão direta com um esquema de renomalização. Claro que se pode medir a massa direto da seção de choque, quando entrão o esquema de renomalização é claro. Mas a precisão é muito pior.

Eu costumo perguntar para as pessoas que trabalham com isso quão perto essa massa é da massa de polo… algumas pessoas me dizem 1\, GeV, outras me dizem que pode ser tão grande quanto 7\, GeV (que é a diferença entre a massa de polo e de MSbar. É meio triste que ninguém saiba isso direito, pois a massa do quark top é um ingrediente importante para a consistência do modelo padrão. Se você tem interesse no assunto e sabe TQC, que tal calcular isso?

A família (top, bottom) também é o canal mais importante para procura por supersimetria. Hoje o Atlas publicou um monte de procuras usando todo o dataset do ano passado e os limites de massa de squark-gluino de primeira geração já passou o 1 TeV! São massas desconfortavelmente altas. Muita gente tem dito que é possível que o único sfermion leve seria o stop, cujos limites são muito mais fracos. Tem gente que vai além, colocando todos os sfermions pesados (tipo a proposta do Arkani-Hamed de split supersymmetry) e esse tipo de modelo fica menos limitado ainda! É claro que esse tipo de modelos estão ganhando notoriedade simplesmente porque não está se achando nada nos mais simples.😛

4. Matéria escura. Outra bagunça. Tem tanto experimento e tantos resultados que nem sei por onde começar. Tem aquela modulação observada pelo DAMA e pelo CoGeNT, mas o CDMS não observa nada. Claro que não observar nada pode ser interessante, porque os métodos de detecção são diferentes e sensíveis a hipóteses diferentes de matéria escura. O LHC também procura por matéria escura em eventos com apenas 1 jato, mas também não acha nada. E os limites do LHC para massas intermediárias é inclusive melhor que de procuras diretas. Claro que em energias muito altas, procuras diretas é a única coisa que se pode fazer. Bem, o cenário ainda é muito bagunçado para mim e vou parar de falar, mas existe mais de 10 experimentos procurando diretamente por matéria escura e os resultados vão continuar a sair. No futuro eu acho que a situação vai ser mais clara.

3. Diboson. Essa é a minha segunda janela favorita para nova física depois do top (com a vantagem que os estados finais são muito mais limpos). A seção de choque desses bichos é tão sensível à nova física que se o CMS e o Atlas medirem isso com precisão, há uma ótima possibilidade de se ver algo novo. Ambos experimentos tem apresentado medidas cada vez melhores da seção de choque total. É curioso que tanto o Atlas quanto o CMS medem a seção de choque de WW maior que o modelo padrão. Será que tem algo aí? É cedo para dizer, mas eu acho que vale a pena manter o olho aberto.

O CMS também fez a primeira medida de Z\rightarrow 4\ell. Um evento raro e bonitinho que o LEP tinha tido uma observação com baixa significância estatística o Tevatron passou longe.

2. Higgs. Mesma coisa de sempre. Até agora, nenhum sinal de combinação entre Atlas e CMS. Mas como eu já disse aqui no blog, apesar de estar curioso, acho que é cientificamente melhor assim. A faixa em que o Higgs ainda pode estar é, agora 122.5 - 127\, GeV. Como a resolução dos experimentos é mais ou menos essa aí mesmo, a procura agora é mais por excesso de eventos do que por um pico mesmo. Eu acho que vai ser rápido, mas vamos ver.

Alguns comentátios mais pessoais, que podem ser coisas da minha cabeça, mas vale a pena manter o olho aberto. O CMS refez a análise no canal \gamma\gamma usando métodos de análise multivariada (MVA). É engraçado ver que eles tem dois excessos com quase a mesma significância, mas um deles numa área já excluída (em torno de 136 GeV). Também é interessante ver que tanto o Atlas quando o CMS tem um déficit bem significativo em baixa massa (em torno de 113 GeV). Eu não sei o que significa essas coisas, talvez não signifique nada, mas é curioso.

Outra coisa curiosa é o déficit que o Atlas observa no canal de WW. Parece mais problema de análise que algo realmente de física, mas só o futuro dirá. Talvez seja apenas um flutuação, é cedo para dizer.

O Tevatron publicou a combinação da procura pelo Higgs do D0 e CDF. Há um discreto excesso na mesma área em que Atlas e CMS observaram, mas a evidência estatística é desprezível. Primeiro porque são pouquíssimos eventos e depois porque o principal canal que dá o excesso é com quarks b, cuja resolução de massa é péssima. Eu acho até meio feio o escarcéu que está sendo feiito com algo tão insignificante, mas tudo bem… é análise é realmente impressionante e o esforço posto nela é imenso. Só não dá para competir com o LHC porque esse foi um experimento feito para isso! Como um colega disse, é o look overseas effect. O CDF tem feito uma propagada imensa do seu novo b-tagger (o HOBIT), que foi otimizado para procura por Higgs. Outra bobagem, o D0 tem algo com eficiência semelhante há algum tempo já (é provável que tenhamos um guest post sobre b-tagging em breve, aguardem!). O que o CDF faz bem (leia-se, muito melhor que o D0) é ter mais análises, com estratégias diferentes. Algumas com S/B bem alto, outras bem baixo. Como as estratégias não são completamente correlacionadas, o CDF ganha em sensitividade.

1. Massa do W. Sim, saiu! Depois de muito esforço, meu artigo saiu (e já está aceito para publicação no PRL)! Tanto o D0 quanto o CDF mediram a massa do W com precisão pelo menos tão boa quanto a média mundial anterior! Realmente impressionante. Esse assunto realmente merece um post só para ele… quem sabe daqui a 3 meses?😛

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