¿A quién le da masa el bosón de Higgs?

El detector CMS en el CERN observó recientemente un raro tipo de descomposición del bosón de Higgs. /CERN

El campo de Higgs es como un océano infinito en el que nada toda la materia. Algunas partículas son como esponjas y absorben la masa a medida que avanzan lentamente, mientras que otras son tan vivaces como minúsculas y penetran a toda velocidad. De esta manera tan visual y simple exlica la teoría de Higgs por qué algunas partículas son masivas mientras que otras no. Pero no todas las predicciones de la teoría de Higgs se han probado experimentalmente todavía. Es por eso que los científicos en el experimento de CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (Suiza) están 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. Ahora estamos tratando de entender su relación con los fermiones", cuenta Patty McBride, científica del Fermi National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de Estados Unidos, y parte del equipo de experimentación del CMS.  

Los fermiones son partículas que se ensamblan 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 estos fermiones. 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 leptons, 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 top.

La producción de Higgs con los quarks superiores es la más rara de todas, representan solo alrededor del 1% de los eventos del bosón de Higgs producidos en el LHC, y los investigadores consideran que esta relación es particularmente interesante, porque el quark top es la partícula más masiva jamás descubierta. Por lo tanto, debido a que el quark top 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.

En un artículo publicado hoy 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. 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 bottom y un bosón W; 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 top quarks y un bosón de Higgs. 

Explorar la relación del bosón de Higgs con el quark top también podría ser una posible ventana hacia la nueva física, según el subdirector de Fermilab, Joe Lykken: "Entender profundamente cómo el Higgs interactúa con partículas conocidas podría ayudarnos a llevarnos a la física más allá del Modelo Estándar".

Beatriz de Vera

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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