El bosón de Higgs descubrirá dónde se esconde la nueva física

La comunidad de física de partículas mundial se ha reunido la última semana en Venecia (Italia) para la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías de la Sociedad Europea de Física (EPS). En estos días se presentaron muchos resultados nuevos obtenidos a partir de los datos existentes de los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, según se informa en un comunicado.
 
En los dos últimos años, el LHC está funcionando como un reloj suizo, proporcionando a los experimentos una gran cantidad de datos de las colisiones, más de la esperada. Con una mayor luminosidad (número de colisiones) y más datos, los físicos son ahora capaces de explorar las interacciones más fundamentales entre partículas con una sensibilidad y precisión sin precedentes.
 
Los nuevos resultados presentados en la conferencia de la EPS incluyen estudios detallados sobre el bosón de Higgs. Cinco años después de su descubrimiento, los físicos empiezan ahora a observar esta partícula especial con lupa, avanzando en el conocimiento profundo del modo en que interactúa con otras partículas y con ella misma.
 
“El nivel de precisión alcanzado por los experimentos del LHC es impresionante, con solo un pequeño porcentaje de los datos que se prevén obtener en el LHC disponible”, dice la directora general del CERN Fabiola Gianotti. “Es muy satisfactorio explorar cómo el Higgs interacciona con otras partículas. Estas medidas de precisión nos guiarán para entender dónde se esconde la ‘nueva física’”.
 
Partículas fundamentales de la materia

El Modelo Estándar hace predicciones muy específicas de cómo se desintegra el bosón de Higgs en diferentes tipos de partículas. Cuando se observó por primera vez, se basó solo en medidas de su desintegración en otros bosones (W, Z, γ). Ahora, las colaboraciones de los experimentos ALTAS y CMS muestran cómo el Higgs se desintegra directamente a fermiones como quarks y leptones, las partículas fundamentales que constituyen la materia.
 
La colaboración ALTAS informó de la primera evidencia de la desintegración del bosón de Higgs en un par de quarks bottom con una significancia estadística de 3,6 sigmas. Aunque el Modelo Estándar predice que este tipo de desintegración ocurre más de la mitad de todas las desintegraciones del Higgs, es muy difícil distinguirla de procesos similares existentes en el ‘fondo’ de las colisiones del detector.
 
“Esta evidencia de la desintegración del boson de Higgs a quarks bottom constitutye un hito importante en la exploración de sus propiedades”, declara Karl Jakobs, portavoz del experimento ATLAS. “Es muy importante para entender por qué se desintegra tan rápido y para buscar evidencias indirectas de otras partículas y desintegraciones inusuales.”
 
Tras obtener recientemente evidencias de la desintegración del bosón de Higgs a dos leptones taus, la colaboración del experimento CMS presentó la primera observación de esta desintegración realizada por un solo experimento, que alcanza una impresionante significancia estadística de 5,9 sigmas.
 
“Este es un paso crucial para establecer el acoplamiento del Higgs a leptones, y representa un paso importante hacia la medida de sus acoplamientos en la tercera generación de fermiones, las copias más pesadas de los electrones y los quarks, cuyo papel en la naturaleza es un misterio”, asegura Joel Butler, portavoz de la colaboración CMS.
 
CMS también presentó el progreso hecho en la búsqueda de la producción de pares de bosones de Higgs, que podría ayudar a entender cómo el Higgs interacciona con él mismo.

Materia oscura, antimateria 

Gracias a la gran cantidad de datos, los experimentos del LHC pueden también probar otras propiedades del Modelo Estándar con gran precisión. En este sentido, CMS presentó la mejor medida obtenido en el LHC del ángulo de mezcla débil, un parámetro clave para establecer firmemente la relación entre las masas de los bosones W y Z. La colaboración ATLAS también presentó la primera evidencia de un proceso raro de interacción débil pero importante, en el que se produce un único quark top junto a un bosón Z.
 
Con el Modelo Estándar como base de nuestro entendimiento de las partículas elementales y sus fuerzas, es también muy importante buscar nuevas partículas más allá de esta teoría. Así, en Venecia se han presentado muchos resultados nuevos en la búsqueda de materia oscura.
 
“Hasta ahora hemos probado los mdelos teóricos de materia oscura más simples”, explica el director de Investigación y Computación del CERN, Eckhard Elsen. “Ahora investigamos escenarios más complicados con la mayor precisión posible”.
 
La precisión de alto nivel alcanzada por el LHC se muestra también, para la interacción fuerte, con la observación de nuevas partículas con dos quarks charms obtenida recientemente por la colaboración del experimento LHCb, así como por el incremento de precisión en las medidas de la asimetría entre materia y antimateria.

También se comprueba en el amplio rango de resultados obtenidos en las colisiones entre iones pesados obtenidos por todos los experimentos. La colaboración del experimento ALICE presentó una de las medidas más precisas de la vida media del hypertriton, un núcleo exótico que contiene quarks strange y abunda en las colisiones del LHC.