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  • 24/04/2018

Física de altas energías

Higgs asociados a tops

Las partículas de Higgs, ¿son realmente como creen los físicos? Una nueva confirmación.

CERN

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El LHC sigue arrojando resultados predichos por el modelo estándar que no dejan resquicios para una nueva física [CERN 2014, fragmento].

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LHC LHC

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.

Más información

Los físicos del CERN, el centro de investigaciones nucleares europeo, han detectado una forma hasta ahora no registrada experimentalmente de crear partículas de Higgs. La famosa partícula elemental, que le valió en 2013 el premio Nobel de Física por haberla predicho, entre otros, al escocés Peter Higgs, se produce en los choques de protones a altísima energía del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), en el subsuelo de los alrededores de Ginebra. En esas microcarambolas se genera una rociada de partículas que se van desintegrando enseguida en otras partículas.

La partícula de Higgs se puede crear por distintas reacciones, facilitadas por el impacto de los protones, entre las partículas elementales del modelo estándar (el protón es una partícula compuesta). Los gluones y quarks generan así partículas de Higgs solas o acompañadas por otras partículas, según la reacción: bosones vectoriales intermediarios o quarks. A partir de ahí se producen cascadas diferentes de desintegraciones, dependientes de las particulas acompañantes y del propio bosón de Higgs, que a su vez tiene distintas formas de desintegrarse. Uno de esos canales de desintegración del Higgs produce al final dos fotones característicos. El exceso de su producción en una determinada energía, con respecto a las otras formas de producción de fotones análogos, delató la existencia de una partícula de Higgs con una masa correspondiente a tal energía. Resulta comparativamente fácil detectar estas partículas de la luz con los detectores del LHC, y por ello fue con este canal de desintegración del Higgs con el que se descubrió la partícula en 2012.

Una  nueva cascada de partículas

Se habían podido verificar hasta ahora tres de esos modos de producción de partículas de Higgs; por ejemplo, el modo en el que un bosón vectorial intermediario, partícula del modelo estándar de las partículas elementales, aparecía asociado a la partícula de Higgs. Ahora se ha logrado lo mismo con otro modo de producción. Se ha comprobado que el bosón de Higgs se puede crear en asociación con un quark top (llamado en castellano también cima) y su antiquark. Lo anuncian los investigadores del detector CMS en Internet y lo prepublican en arXiv, donde se explica cómo rastrearon los datos reunidos por el LHC desde 2011 en busca de la huella característica del proceso.

Los quarks top son las partículas elementales más pesadas. Hasta ahora, su aparición asociada a una partícula de Higgs era solo una predicción. La partícula de Higgs es la partícula de un campo de energía gracias al cual las demás partículas tienen masa, y los quarks top, con su gran masa, interaccionan con especial intensidad con ese campo.

Malas noticias para las partículas exóticas

Esta última constatación de un modo de producción de la partícula de Higgs es una nueva confirmación del modelo estándar, el código maestro con el que los físicos describen desde hace décadas las interacciones entre las partículas elementales. Al mismo tiempo, cierra un resquicio más por el que podrían haberse introducido en el universo fenómenos exóticos. Al conocerse ahora de forma directa cómo reaccionan mutuamente los Higgs y tops,  se ve que concuerda con las predicciones del modelo estándar.

El nuevo estudio es parte de un dilatado programa de mediciones para determinar con precisión las propiedades de la partícula de Higgs. A los físicos seguramente les gustaría encontrar una cascada que se apartase de las predicciones del modelo estándar, lo que sería un indicio de la existencia de leyes de la naturaleza que irían más allá de la teoría establecida. Que el microcosmos tenga preparada una conmoción así dista, por lo demás, de estar claro.

Robert Gast / spektrum.de

Artículo traducido y adapatado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaft.

Referencia: «Observation of tt¯H production», de CMS Collaboration, en arXiv: 1804.02610 [hep-ex].

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