Uno de los experimentos de física de partículas en curso en el acelerador LHC (Gran Colisionador de Hadrones) ha observado un raro tipo de descomposición del bosón de Higgs.

Los científicos en el experimento de CMS están colocando el bosón de Higgs bajo un microscopio y tratando de determinar cómo encaja en el delicado ecosistema de partículas.

«Sabemos que el Higgs interactúa con partículas masivas que transportan la fuerza, como el bosón W, porque así es como lo descubrimos originalmente», dijo en un comunicado la científica Patty McBride del Fermi National Accelerator Laboratory, que apoya la investigación de cientos de científicos estadounidenses en el experimento CMS. «Ahora estamos tratando de entender su relación con los fermiones».

Los fermiones son partículas que se engarzan para formar el andamio invisible dentro de los átomos. Los bosones, por otro lado, son la manifestación física de las fuerzas y realizan tareas como pegar fermiones juntos.

En junio de 2014, los científicos del experimento CMS publicaron un artículo en Nature que muestra que el bosón de Higgs tiene una relación con los fermiones al medir la velocidad a la que se descompone en tau leptones, un primo más pesado del electrón. Más tarde, tanto los experimentos CMS como ATLAS encontraron evidencia de que el bosón de Higgs se descomponía en quarks inferiores. Ahora, los científicos están abordando su relación con el quark superior.

«La relación entre el Higgs y el quark superior es particularmente interesante porque el quark superior es la partícula más masiva jamás descubierta», dijo McBride. «Como ‘conferidor de masa’, el bosón de Higgs debería tener un enorme apego al quark superior».

Debido a que el quark superior es mucho más masivo que el bosón de Higgs, es imposible que un bosón de Higgs se descomponga en un par de quarks superiores. Afortunadamente, hay otra manera de medir con qué fuerza el bosón de Higgs se acopla a los quarks superiores: buscando el raro caso de producción simultánea de quarks superiores y un bosón de Higgs.

«La producción del bosón de Higgs es rara, pero la producción de Higgs con los quarks superiores es la más rara de todas, representando solo alrededor del 1 por ciento de los eventos del bosón de Higgs producidos en el LHC», dijo Chris Neu, físico de la Universidad de Virginia que trabajó en este análisis.

En un artículo publicado ahora en la revista Physical Review Letters, los científicos del experimento CMS informan haber observado una abundancia estadísticamente significativa de eventos en los que el bosón de Higgs se produce en asociación con dos quarks superiores. El resultado del CMS para este raro proceso de Modelo Estándar con una significación de 5.2 sigma constituye la primera observación que excede el umbral de 5 sigma que los físicos requieren. El experimento ATLAS también presentó un documento sobre el mismo fenómeno para su publicación.

Para obtener estos resultados, el experimento CMS buscó bosones de Higgs basándose en las numerosas posibles firmas que puede dejar en el detector.

«Un quark superior se descompone casi exclusivamente en un quark inferior y un bosón W», dijo Neu. «El bosón de Higgs, por otro lado, tiene un amplio espectro de modos de desintegración, que incluyen desintegraciones en pares de quarks inferiores, bosones W, leptones tau, fotones y muchos otros. Esto lleva a una gran variedad de firmas en eventos con dos quarks superiores y un bosón de Higgs. Seguimos cada uno de estos y combinamos los resultados para producir nuestro análisis final».

Explorar la relación del bosón de Higgs con el quark superior también podría ser una posible ventana hacia la nueva física, según el subdirector de Fermilab, Joe Lykken.

«Fijar este acoplamiento nos dirá mucho sobre el comportamiento del Higgs y cómo también podría interactuar con otras partículas que no hemos descubierto, como la materia oscura», dijo Lykken. «Entender profundamente cómo el Higgs interactúa con partículas conocidas podría ayudarnos a llevarnos a la física más allá del Modelo Estándar».

Fuente: europapress.es