Observan la desintegración del bosón de Higgs en dos quarks b

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  • 17/07/2017

ALTAS ENERGÍAS

Las colaboraciones del LHC presentan nuevos datos sobre la partícula hallada en 2012.

Colaboraciones ATLAS y CMS

Reconstrucción de un evento candidato a corresponder a la producción de un bosón de Higgs y su posterior desintegración en una pareja de quarks b. [Colaboración ATLAS/CERN.]

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Para muchos, el LHC, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, es sinónimo del descubrimiento del bosón de Higgs. Sin embargo, este acelerador de partículas está arrojando luz sobre muchas otras cuestiones igualmente fundamentales. Descubre en este monográfico la historia del hallazgo del bosón de Higgs y la manera en que el LHC puede contribuir a encontrar una nueva física.

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El bosón de Higgs fue descubierto hace cinco años en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN a partir de colisiones entre protones efectuadas a una energía total de 7 y 8 teraelectronvoltios (TeV). Desde 2015, y tras una larga parada técnica de dos años, el acelerador de Ginebra ha estado operando a una energía mucho mayor: 13 TeV. Esas condiciones, sumadas al descomunal número de choques de protones registrados desde entonces, han permitido a los físicos analizar con mucha mayor precisión las propiedades de la partícula que permite entender por qué los constituyentes elementales de la materia tienen masa.

La semana pasada concluyó en Venecia la Conferencia de Física de Altas Energías de la Sociedad Europea de Física (EPS-HEP 2017), donde las distintas colaboraciones del LHC presentaron toda una variedad de nuevos resultados. Entre los relativos al bosón de Higgs cabe destacar la primera observación de su desintegración en una pareja de quarks b (un proceso largamente buscado por su importancia teórica); el «redescubrimiento» de la partícula usando únicamente los datos de la segunda fase de operaciones del LHC; y la obtención de un nuevo valor para su masa, un parámetro fundamental de la naturaleza que los físicos estiman ahora en 124,98 ± 0,28 gigaelectronvoltios. Tales resultados han sido obtenidos por el experimento ATLAS, uno de los cuatro grandes detectores del LHC.

Por su parte, el otro experimento que en 2012 descubrió el bosón de Higgs, CMS, ha referido nuevos datos sobre la desintegración de la partícula en dos leptones tau; la mejor medida hasta la fecha del «ángulo de mezcla electrodébil» (uno de los parámetros fundamentales del modelo estándar, directamente relacionado con el mecanismo de generación de masa); así como nuevos límites en las búsquedas de materia oscura, partículas supersimétricas, dimensiones extra y otros fenómenos exóticos.

El bosón de Higgs fue descubierto en 2012 a partir de dos de sus posibles desintegraciones: en dos fotones y en cuatro leptones (electrones o muones). Esos modos de desintegración permitieron el hallazgo de la partícula porque dejan señales muy claras en los detectores. Sin embargo, no son ni mucho menos los más frecuentes. Casi el 60 por ciento de las veces, el bosón de Higgs se desintegra en una pareja de quarks b.

La razón por la que hasta ahora no se había visto dicho proceso se debe a que, en las colisiones del LHC, se generan enormes cantidades de quarks b ligadas a otros fenómenos, los cuales enmascaran las desintegraciones correspondientes del bosón de Higgs. La observación de su conversión en dos quarks b reviste gran importancia por cuanto revela que el bosón de Higgs se acopla de manera directa a los quarks y que, por tanto —y como predice el modelo estándar—, el campo de Higgs sería también el responsable de la masa de estas partículas. Gracias a la enorme cantidad de datos acumulados en el LHC durante los últimos años, los físicos han obtenido ahora los primeros indicios de esta desintegración, con una significancia estadística de 3,6 desviaciones estándar.

Los investigadores estiman que, en esta segunda fase de operaciones a 13 TeV, el LHC ha estado produciendo unos 20.000 bosones de Higgs al día. Se espera que las colisiones entre protones continúen ahora hasta mediados o finales de 2018 (con una breve interrupción de tres meses en invierno), tras lo cual el acelerador ginebrino entrará en su segunda parada técnica de larga duración.

Fuentes: Colaboraciones ATLAS y CMS.

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