El quark cima se pone en movimiento

El LHC está a punto de reanudar los experimentos. ¿Cómo aprovechar al máximo sus datos?

La velocidad de un quark cima (top, t) afecta al modo en que se observan sus productos de desintegración. Esta partícula produce con frecuencia un quark fondo (bottom, b) y un bosón W; este, a su vez, se desintegra en otra pareja de quarks (q, q′). Dado que los quarks no se observan aislados en la naturaleza, cada uno de ellos se convierte de inmediato en un chorro de hadrones (haces de colores). Si un quark cima se crea en estado de reposo, los tres chorros hadrónicos saldrán despedidos en direcciones distintas e incidirán en zonas muy alejadas del detector. En cambio, si su velocidad inicial es relativista (ilustración), todos los productos de desintegración se fundirán en un único chorro. [INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, SEGÚN MARCEL VOS].

Tras una parada técnica de dos años, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN se prepara estos días para reanudar sus experimentos. Los choques entre protones alcanzarán este año una energía total de 13 teraelectronvoltios (TeV), dos tercios más de lo que bastó para descubrir el bosón de Higgs. ¿Qué retos depara esta nueva frontera energética?

Un aspecto poco conocido de la física que explora el LHC reside en que, debido a la elevada energía de sus colisiones, resulta posible generar algunas partículas del modelo estándar en condiciones cinemáticas nunca antes vistas. En concreto, las partículas elementales más masivas pueden producirse por vez primera con una energía total muy superior a la que corresponde a su masa. Es decir, el LHC no solo las crea, sino que también puede imprimirles una gran velocidad. En términos técnicos, decimos que tales partículas se generan en el «régimen relativista» (boosted regime). Ello cambia por completo el modo en que se observan sus productos de desintegración, lo que exige desarrollar nuevos algoritmos para analizar el resultado de las colisiones.

De todas las partículas elementales, la más masiva es el quark cima (top), descubierto en 1995 en el Tevatrón, cerca de Chicago. Este acelereador alcanzaba la energía necesaria para producirlo y estudiarlo en detalle, pero le sobraba muy poca para conferirle algo de velocidad. En las colisiones más violentas del LHC, sin embargo, podemos decir que el quark cima se comporta por primera vez como un «verdadero quark».

Durante los últimos años, un grupo de físicos teóricos y experimentales hemos desarrollado nuevas técnicas para estudiar quarks cima muy energéticos. Estas herramientas han permitido aumentar de manera espectacular la sensibilidad del LHC en la búsqueda de partículas hipotéticas, como las que se cree que podrían componer la materia oscura. Se prevé que, durante la segunda fase de operaciones del LHC, la producción de quarks cima relativistas aumente en un factor de cien, por lo que esperamos que estas técnicas desempeñen un papel clave en la búsqueda de nueva física.

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