Observan por primera vez la descomposición del bosón de Higgs

Se trata de la primera vez, desde su descubrimiento, que se observa la descomposición del bosón de Higgs en quarks fondo.

Seis años después de su descubrimiento, la primera evidencia de la descomposición del bosón de Higgs abre nuevas puertas para la física de partículas.

 

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), descubrió en 2012 el bosón de Higgs, la partícula subatómica responsable de dar masa a las partículas subatómicas fundamentales.

Hoy, los físicos tienen otro anuncio emocionante que agregar a la saga de Higgs: han realizado la primera observación inequívoca de los bosones de Higgs que
se descomponen en un par de quarks de materia-antimateria. Sorprendentemente, los bosones de Higgs se descomponen con mayor frecuencia de esta manera.

El nuevo anuncio muestra un fuerte acuerdo entre las predicciones teóricas y los datos experimentales, lo que a su vez podría establecer restricciones estrictas a las ideas de la física más fundamental que se esfuerzan por explicar por qué existe el bosón de Higgs.



Historia


Los bosones de Higgs se fabrican en colisiones de alta energía entre pares de partículas que se han acelerado a casi la velocidad de la luz. Estos bosones no viven mucho tiempo, apenas unos 10 ^ menos 22 segundos. Una partícula con esa vida, viajando a la velocidad de la luz, se descompondrá mucho antes de que viaje una distancia del tamaño de un átomo. Por lo tanto, es imposible observar directamente los bosones de Higgs. Solo es posible observar sus productos de degradación y usarlos para inferir las propiedades del bosón padre.

 

Los bosones de Higgs tienen una masa de 125 gigaelectrones voltios (GeV). Los cálculos teóricos predicen que los bosones de Higgs decaen en pares de las siguientes partículas en los siguientes porcentajes: quarks inferiores (58%), bosones W (21%), bosones Z (6%), leptones tau (2.6%) y fotones (0.2%). El resto lo componen configuraciones más exóticas.

 

Uno de los resultados clave del reciente anuncio ha sido verificar que la predicción era correcta para los quarks inferiores.

Cuando los físicos anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, confiaron en su descomposición en bosones Z, bosones W y fotones, pero no en quarks inferiores. La razón es extremadamente simple: esas desintegraciones particulares son mucho más fáciles de identificar.
Los bosones W y Z son responsables de causar la fuerza nuclear débil y pueden descomponerse de maneras distintas y fácilmente identificables.

 

En las energías de colisión disponibles en el LHC, los bosones de Higgs se producen en una sola colisión por cada mil millones. Debido a que es difícil o imposible aislar las colisiones en las que los bosones de Higgs se descomponen en quarks inferiores, los científicos necesitaron otro enfoque.

 

El Modelo Estándar de física de partículas predice que aproximadamente el 60% del tiempo un bosón de Higgs se descompondrá en un par de quarks fondo, el segundo más pesado de los seis tipos de quarks.

 

La detección de la descomposición del bosón de Higgs en un par de quarks fondo se realizó mezclando los datos obtenidos por equipos en ATLAS y en CMS en el Gran Colisionador de Hadrones, cuyo análisis coincidió en ambos equipos.

 

Si bien la simple observación de este modo de disminución es un avance significativo en el conocimiento científico, tiene un resultado mucho más importante. Resulta que el bosón de Higgs, propuesto en 1964, no está motivado por una idea fundamental. Simplemente se agregó al Modelo Estándar, que describe el comportamiento de las partículas subatómicas, como un añadido.

 

De hecho, antes de que se propusiera el bosón de Higgs, el modelo estándar predecía las partículas sin masa. Después de incluir el campo de Higgs como una adición ad hoc al modelo estándar, las partículas ahora tenían masa. Por lo tanto, es muy importante explorar las predicciones de las probabilidades de disminución y buscar pistas de una conexión con una teoría subyacente. Y ha habido teorías más recientes e integrales desarrolladas desde la década de 1960, que predicen que tal vez exista más de un tipo de bosón de Higgs.

 

Por lo tanto, es crucial comprender la velocidad a la que los bosones de Higgs se descomponen en otras partículas y compararla con las tasas de descomposición pronosticadas.

El LHC continuará operando hasta principios de diciembre. Luego, suspenderá las operaciones durante dos años para ser restaurado y actualizado. En la primavera de 2021, el LHC reanudará las operaciones con capacidades considerablemente mejoradas. Se espera que el acelerador y los detectores continúen tomando datos hasta mediados de la década de 2030 y que registren más de 30 veces más datos de los que se han registrado hasta ahora. Con ese aumento de datos y capacidades mejoradas, es bastante posible que el bosón de Higgs todavía tenga muchas historias que contar...

 

Referencia: Observation of Higgs boson decay to bottom quarks. arXiv:1808.08242 [hep-ex] arxiv.org/abs/1808.08242

 

Sarah Romero

Sarah Romero

Fagocito ciencia ficción en todas sus formas. Fan incondicional de Daneel Olivaw y, cuando puedo, terraformo el planeta rojo o cazo cylons. Hasta que viva en Marte puedes localizarme por aquí.