En diciembre de 2015, los físicos de partículas estaban llenos de entusiasmo: el Modelo Estándar -que ha dominado la física durante 40 años y que define los componentes básicos de la materia y cómo interactúan- tenía un nuevo desafiador. En el Gran Colisionador de Hadrones en Suiza, los físicos anunciaron pruebas de lo que parecía ser una nueva partícula. Conocida coloquialmente como el «bache de diphoton», la nueva partícula prometió elevar el Modelo Estándar, que no predice su existencia. También abrió la puerta a la posibilidad de resolver enigmas largos sin respuesta, incluyendo la naturaleza de la materia oscura.
Alrededor de un mes más tarde, surgió otro potencial retador. Un grupo de físicos nucleares del Instituto de Investigaciones Nucleares de la Academia de Ciencias de Hungría publicó un documento sobre una anomalía detectada en la desintegración del berilio-8. Propusieron que la irregularidad pudiera ser la firma de un «fotón oscuro», uno de los portadores de fuerza que se pensaba dictar la acción de la materia oscura.
En la superficie, ninguno de estos experimentos podría parecer más viable que el otro. Sin embargo, la respuesta a cada uno no podría haber sido más diferente. Mientras que cientos de artículos teóricos se publicaron sobre el «bache de diphoton», casi ninguno siguió el papel húngaro.
Cuando el equipo de UC-Irvine dio visibilidad al experimento húngaro, la comunidad comenzó a responder. Sin embargo, a diferencia de los físicos del experimento del Gran Colisionador de Hadrones, que se encontraron con entusiasmo, los científicos húngaros se enfrentaron sobre todo al escepticismo.
A menudo se juzgan nuevas ideas en cuanto a cuán lejos se encuentran fuera de los sistemas que sirven de andamio a nuestra comprensión del mundo.
¿Qué causó tal dicotomía? Aunque muchos factores han sido citados desde entonces, incluyendo la reputación de los científicos húngaros, parece que la verdadera diferencia entre estos dos experimentos se reduce a algo más sutil: la expectativa y la divergencia de esas expectativas.
En las ciencias, a menudo se juzgan nuevas ideas en cuanto a lo lejos que se encuentran fuera de los sistemas que soportan nuestra comprensión de los sistemas mundiales que no son sólo científicos, sino también sociales. Pero cuando se trata de resolver nuestros misterios más persistentes en física, como la composición de la materia oscura -que hasta ahora ha resistido a todo intento de elucidación por la física tradicional-, las demandas desde fuera de este paradigma pueden ser vitales.
El primer ataque contra los experimentos con berilio-8 es científico: el modelo del universo que requiere también necesita física mucho más allá de lo predicho por el Modelo Estándar.
Aunque el equipo de UC-Irvine encontró que los datos de los húngaros no contradecían ninguno de los experimentos existentes, el modelo que propusieron para explicar la nueva partícula necesitaba ser intrincado. Después de todo, los científicos tenían que explicar por qué esta nueva partícula no habría aparecido en años de experimentos anteriores. Sugieren una partícula que interactúa con los neutrones, pero no los protones, y que experimenta una fuerza hasta ahora desconocida con un rango de aproximadamente 12 veces el tamaño de un protón. Es este modelo con el que muchos científicos toman el tema.
«La pregunta es, ¿por qué la naturaleza escogería un modelo tan complicado para explicar este fenómeno?», Dijo Rouven Essig, profesor de física en el Instituto CN Yang de la Universidad de Stony Brook en física teórica.
«Tenemos una teoría tan hermosa y bien consistente en el Modelo Estándar», dijo Essig. «Si sucede algo que no encaja en nada de eso, y tal vez requiera un modelo único e intrincado para adaptarlo a cualquier cosa, entonces es cuando nos hace muy escépticos».
Hay otros aspectos científicos del experimento con berilio-8 que pueden y han sido planteados como preocupaciones. Los experimentadores húngaros trabajan principalmente en física nuclear, no en física de partículas; Su detección se produjo en un solo dispositivo pequeño, muchas magnitudes menos sensibles que los dos detectores masivos de la parte superior de línea ATLAS y CMS, que verifican cada descubrimiento en el Gran Colisionador de Hadrones.
El grupo también publicó dos artículos anteriores con reclamos similares de nuevas partículas, incluyendo una reclamación de 2008 de una posible partícula de 12 MeV, y una declaración de 2012 de una partícula de 13.45 MeV. De hecho, los investigadores de Atomki parecen tener una inclinación para publicar solamente los papeles con las anomalías de sus experimentos del berilio-8, lo que algunos ven como sesgo potencial de la confirmación.
Estas preocupaciones juegan en el segundo ataque contra el experimento con berilio-8. Sin embargo, esta segunda huelga es más sociológica que científica.
«Donde las cosas se hacen un poco menos defensivas es que parte del [escepticismo de la comunidad] tiene que ver con el hecho de que este no es un lugar donde pensábamos que la física iba a aparecer», explica Tim Tait, físico teórico de UC- Irvine, y un miembro del grupo que sacó el experimento húngaro de la oscuridad con su propia teoría. Dice que esta evaluación se aplica tanto al laboratorio de donde salió la partícula propuesta como a la categoría en la que cae, siendo una partícula de masa más ligera, los físicos esperaban haberla observado ya en experimentos previos. Tampoco es lo que la comunidad habría previsto como la fuente de la nueva física.
Attila Krasznahorkay
Tait dice que cuando se traducen de un nivel personal a un nivel comunitario, estas expectativas son las que llevan a ciertos tipos de experimentos, o ciertos lugares, percibidos como inherentemente más dignos de confianza que otros. El bache de diphoton, dice, es un ejemplo prácticamente un libro de texto de esto.
La fluctuación que más tarde se conoció como el golpe de diphoton se midió después de una renovación, que permitió que el Gran Colisionador de Hadrones funcionara a energías más altas que antes, el tipo de energías que los físicos esperan producir nuevas partículas. Una partícula que se encontraba bien fuera del Modelo Estándar aparentemente no parecía tan dudosa en un programa dirigido por físicos bien conocidos, en la misma instalación en la que el Bóson de Higgs había sido descubierto no demasiado tiempo antes, en resumen, un lugar donde nuevos Se esperaba que aparecieran partículas.
«Mucha gente llegó con razones de que el exceso de diphoton era emocionante, a pesar de que sabían que no era estadísticamente significativo», dijo Tait. «Creo que mucho de ello se reduce al hecho de que estos experimentos en el LHC son territorio muy familiar. Confiamos en estos tipos, creemos que saben lo que están haciendo, y sus detectores son muy sofisticados «.
Es lógico que los científicos se basen en las heurísticas, como la reputación y las teorías estándar del campo, como reglas provisionales. Al juzgar un nuevo experimento, los científicos sólo tienen el experimentador y su experimento para continuar. Y mientras que los datos experimentales son vistos a menudo como el árbitro último entre la teoría y el hecho, los experimentos mismos no son infalibles. Como sociólogo de la ciencia, Harry Collins expuso en su teoría del «retroceso del experimentador», los hechos sólo pueden ser producidos por buenos instrumentos, pero los buenos instrumentos sólo se consideran si producen hechos.
Una reputación de larga data de hacer un trabajo que se ha replicado o un conjunto de datos que se desliza fácilmente en lo que ya se entiende, proporciona una seguridad adicional de que esta regresión (u otras distorsiones potenciales) no participaban en una idea nueva.
Sin embargo, estas heurísticas son claramente imperfectas. La muestra A es el exceso de diphoton: Incluso con su pedigrí impecable, la nueva partícula resultó ser una anomalía, y toda la atención que recibió fue inútil. Mientras tanto, a pesar del escepticismo general en torno al equipo desconocido fuera de Hungría, no se han planteado objeciones significativas sobre los resultados experimentales del equipo.
Tomemos otro ejemplo, esta vez de la cosmología. En marzo de 2014, un equipo que trabajaba en el telescopio BICEP2, dirigido por un investigador del Centro de Astrofísica de Harvard-Smithsonian, anunció que había detectado la polarización en el fondo de microondas cósmico. Esta polarización señalaría la existencia de ondas gravitatorias creadas por la expansión del universo. Era un descubrimiento que había sido anticipado; Fue predicho por la teoría inflacionaria del universo, que al igual que el Modelo Estándar, guía la comprensión de los cosmólogos de su campo, pero nunca se observa. Así, el anuncio fue recibido con entusiasmo al principio. Se ajustaba a lo que se esperaba y que se esperaba encontrarlo, y fue ampliamente aceptado por su valor nominal. Sin embargo, a lo largo del año siguiente se demostró que la señal podía atribuirse al polvo cósmico.
Frente a estos dilemas, la pregunta es: ¿hay heurísticas más eficaces para juzgar nuevos resultados?
Un caso ciertamente podría ser hecho para el «no». Después de todo, es difícil concebir otros criterios para juzgar la nueva física sobre el valor nominal. Ser más receptivo a los forasteros y las teorías, y el seguimiento diligente de estas afirmaciones, inundaría el campo y tomar el tiempo valioso necesario para investigar los prospectos más prometedores. Los incidentes mencionados también son fracasos naturales del tipo que debemos esperar de un campo tan enorme e insondable de la ciencia.
«A menudo juzgamos nuevos modelos de física por lo bien que pueden explicar los fenómenos y lo simples que son, pero la naturaleza puede o no puede preocuparse por nuestro gusto».
Es más, los que estudian la historia de la ciencia ven que es improbable que ocurra un cambio drástico en la cultura.
«La forma en que una comunidad se comporta se construye a lo largo de un largo progreso social, hecho por estructuras de poder, años de entrenamiento, sistemas de recompensa, reglas de competencia y colaboración entre y dentro de diferentes grupos», dice Roberto Lalli, investigador del Max Planck Instituto para la Historia de la Ciencia. Dice que la historia ha demostrado que las subculturas dentro de la física -como la teoría o la física de partículas- son relativamente estables y que es probable que lugares como el CERN e ideas dentro del paradigma continúen siendo considerados como los más plausibles.
«Esta actitud no sólo se debe al sesgo de autoridad, sino que también tiene que ver con el conocimiento de primera mano de los sistemas internos de revisión dentro de los grupos experimentales», dijo Lalli. «Esto crea un sistema de confianza, que no cambiará de una manera repentina.» Las presiones sociales, como la lucha continua por el financiamiento y las posiciones universitarias, también hacen que las comunidades estén más dispuestas a aceptar a quienes no pertenecen a la corriente principal.
Pero todavía se puede y se debe hacer un caso para buscar nuevos estándares para el sistema. Una excelente reputación puede ser difícil de conseguir en un mundo digital, donde la obtención de visibilidad puede ser como gritar más de un millón de voces, y la dificultad del mercado de trabajo académico ha extendido talento ampliamente más allá de las instituciones más conocidas. Además, las ideas ajenas pueden ayudar a romper la cámara de eco que viene de hablar sólo a aquellos dentro de una comunidad relativamente cerrada.
De hecho, uno de los físicos más innovadores de la historia podría ser enmarcado como un extraño desde el principio.
Albert Einstein era un empleado de bajo nivel en la Oficina Suiza de Patentes cuando propuso su teoría especial de la relatividad y su hipótesis de fotones (que teorizó que la luz consiste en partículas individuales o quanta) en 1905. Aunque las estructuras sociales eran muy diferentes dentro de la física en A comienzos del siglo XX, la retrospección del progreso de Einstein sugiere que las ideas actuales del extraño pueden simplemente requerir tiempo para pasar antes de que puedan ser aceptadas.
«La forma en que [las ideas de Einstein] pasó a formar parte del nuevo marco paradigmático no fue rápida», dice Lalli. Por ejemplo, la hipótesis de los fotones de Einstein fue casi universalmente rechazada al principio, y sólo fue aceptada en los últimos tiempos 1920 después del descubrimiento del efecto Compton.
Para el mismo tipo de cosas que suceden hoy, Lalli dice que «podría no necesariamente implicar un cambio en la cultura. Más bien, nuevas ideas procedentes de lugares inesperados serían gradualmente incluidas en la cultura dominante «.
En cuanto al estándar de confianza del Modelo Estándar, los físicos reconocen fácilmente que hay mucho fuera de las teorías actuales que probablemente no sabemos. Como dice Essig: «A menudo juzgamos nuevos modelos físicos por lo bien que pueden explicar los fenómenos y lo simples que son, pero la Naturaleza puede o no importarle nuestro gusto».
Esto tampoco sería la primera vez que se reveló que la naturaleza era mucho más compleja de lo que se esperaba de los humanos. En el comienzo del siglo XX, cuando los científicos comenzaron a experimentar en la escala del átomo, vieron partículas que se comportaban con el ojo cero para las leyes de la física que entendían. El nacimiento de la física cuántica requirió a los científicos en el campo para repensar todo lo que sabían acerca de las leyes del universo -en esencia, arrojar sus libros de texto.
Una nueva cultura de la física de partículas como un campo de pequeños experimentos de los físicos de afuera, así como los enormes de grupos de confianza, no tomaría una transformación tan dramática. Tal vez requeriría sólo la escritura de algunos capítulos nuevos.
Crédito de la foto: Caleb Perkins / EyeEm
