La USFQ es parte de otro hito en el estudio de las propiedades del bosón de Higgs o la partícula de Dios

lunes, junio 4, 2018

Una observación realizada por el experimento CMS en el CERN, publicado hoy en Physical Review Letters, conecta por primera vez las dos partículas elementales más pesadas del Modelo Estándar.  Miembros del Departamento de Física de la Universidad San Francisco de Quito (USFQ) participaron en esta investigación internacional

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El 4 de julio de 2012, dos de los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por su siglas en Inglés), ATLAS y CMS del CERN informaron de forma independiente el descubrimiento del bosón de Higgs. El anuncio fue portada en los principales diarios del mundo: el descubrimiento confirmó la existencia de la última partícula elemental faltante del Modelo Estándar, medio siglo después de que el bosón de Higgs fuera pronosticado teóricamente, dice un comunicado de la Universidad San Francisco.

El descubrimiento marcó también el comienzo de un programa experimental destinado a determinar las propiedades de la partícula recién descubierta. Hoy, la colaboración de CMS anuncia un hito en ese programa.

El bosón de Higgs, la partícula responsable de la masa del resto de partículas elementales, solo interactúa con partículas con masa. Por eso es importante estudiar su relación con la partícula más pesada que se conoce, el quark top. La manifestación más directa de esta relación es la emisión de un bosón de Higgs por un quark top y su antipartícula, un quark anti-top.

Este 4 de junio se presentó en una conferencia en Bolonia (Italia) nuevos resultados que describen este fenómeno, llamado “proceso de producción ttH”. Los resultados de este proceso obtenidos por los experimentos del LHC ATLAS y CMS, con una significancia estadística mayor que cinco sigmas (el umbral para poder proclamar un genuino descubrimiento), se publican hoy en la revista Physical Review Letters.

En el Modelo Estándar, el bosón de Higgs puede acoplarse a fermiones, con una fuerza de acoplamiento proporcional a la masa del fermión. Si bien se han observado procesos de descomposición asociados, la descomposición en los quarks top, el fermión más pesado conocido, es cinemáticamente imposible.

“Se necesitan rutas alternativas para probar directamente el acoplamiento del bosón de Higgs al quark top. Uno es a través de la producción de un bosón de Higgs y un par top quark-antiquark -sigue el comunicado-. Este es el mecanismo de producción que ahora se ha observado por primera vez; al hacerlo, la colaboración CMS logró uno de los principales objetivos del programa de física de Higgs”.

“Este análisis es uno de los más difíciles de llevar a cabo debido a la rareza con la que suceden este tipo de eventos”, dijo Edgar Carrera, profesor de la USFQ, quien contribuye al sistema del disparador de alto nivel (high level trigger) del experimento.

Con la observación del acoplamiento entre las dos partículas elementales más pesadas del Modelo Estándar, el programa de física del LHC para caracterizar y comprender mejor el bosón de Higgs ha dado un paso importante. Si bien la fuerza del acoplamiento medido es consistente con la expectativa del Modelo Estándar, la precisión de la medición aún deja espacio para las contribuciones de nueva física. En los próximos años se recopilarán muchos más datos y se mejorará la precisión, para ver si el Higgs revela la presencia de la física más allá del Modelo Estándar.

Vista del solenoide magnético, elemento central del aparato CMS, durante la para técnica del experimento en el 2013. (Photo: CERN / CMS, Michael Hoch)

Las dos posibles rutas de observación del acople del bosón de Higgs con el quark top son la producción de un bosón de Higgs por la fusión de un par top quark-antiquark (izquierda) o a través de la radiación por parte de un top quark (derecha).

Medir este proceso es un reto, puesto que es muy infrecuente: solo un 1% de los bosones de Higgs que se producen en el LHC están asociados con dos quarks top, y, además, el bosón de Higgs y los quarks top se desintegran en otras partículas de muchos modos complejos. Las colaboraciones ALTAS y CMS han llevado a cabo varios análisis independientes del proceso de producción ttH centrados en los diversos modos en los que se desintegra el Higgs con datos de las colisiones entre protones del LHC obtenidos durante varios años con energías de 7, 8 y 13 teraelectronvoltios (TeV).