Primeras evidencias de un nuevo modo de desintegración del bosón de Higgs

Desintegración de un bosón de Higgs en dos partículas tau (electrón en línea azul y muón en línea roja). / ATLAS-CERN

Investigadores del experimento ATLAS del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) han observado las primeras evidencias del bosón de Higgs desintegrándose en fermiones, los ‘ladrillos’ que forman la materia, en lugar de en bosones como se conocía hasta ahora. En el estudio han participado investigadores españoles.

AGENCIA: SINC

La colaboración internacional del experimento ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) acaba de hacer públicas las primeras evidencias de la desintegración del recién descubierto bosón de Higgs en dos partículas denominadas tau, pertenecientes a la familia de partículas que compone la materia que vemos en el universo.

Hasta ahora los experimentos del LHC habían detectado la partícula de Higgs mediante su desintegración en otro tipo de partículas denominadas bosones, portadoras de las fuerzas que actúan en la naturaleza, mientras las evidencias de desintegraciones en fermiones no eran concluyentes.

Esta es la primera evidencia clara de este nuevo modo de desintegración del bosón de Higgs, en cuyo análisis han participado investigadores españoles.

Los miembros de la colaboración ATLAS presentaron los nuevos resultados en un seminario en el CERN el pasado 26 de noviembre. En ellos se muestra por primera vez con un nivel de certeza de 4 sigma – lo necesario para proclamar una genuina observación es 5– al bosón de Higgs decayendo en dos leptones tau (representados por la letra del alfabeto griego τ). Es la primera vez que se ha medido este fenómeno en el bosón de Higgs.

El bosón de Higgs es la partícula descubierta en 2012 por los experimentos ATLAS y CMS del LHC que revela la existencia de un nuevo campo de fuerza en la Naturaleza. También llamado mecanismo de Brout-Englert-Higgs en honor a los físicos que lo propusieron (dos de ellos, Englert y Higgs, galardonados con el Nobel de Física y el Príncipe de Asturias de Investigación).

Este campo de fuerza es responsable del origen de la masa de otras partículas elementales. Sin este mecanismo para generar la masa, la materia que compone todo lo que vemos en el Universo y a nosotros mismos no se hubiera podido formar tal y como la conocemos.

Compatible con el modelo estándar

Se sabía que la partícula de Higgs se desintegra en uno de los dos tipos básicos de partículas que existen: los bosones, responsables de las interacciones (fuerzas) que se producen en la naturaleza. El mecanismo de Brout-Englert-Higgs se propuso para explicar el origen de la masa de este tipo de partículas.

Sin embargo, el modelo estándar de la física de partículas, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones, postulaba que el otro tipo básico de partículas, los fermiones, también adquirían su masa por este mecanismo.

Ahora es la primera vez que los científicos han visto claramente que el bosón de Higgs se desintegra también en este tipo de partículas, los fermiones, los ‘ladrillos’ que componen la materia visible en el Universo (por ejemplo, los electrones y los quarks que componen los protones de un átomo son fermiones). De hecho, los resultados obtenidos por los científicos del experimento ATLAS son compatibles con las predicciones del modelo estándar.

Estos resultados se han obtenido con los datos recopilados en 2012. A partir de su puesta en marcha en 2015 tras dos años de mantenimiento, los científicos esperan obtener muchos más datos del LHC, funcionando además a la energía para la que se diseñó.

Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) han participado directamente en este análisis, con un papel importante en la caracterización de los sucesos de fondo, determinación de métodos estadísticos, definición de la técnica multivariante y selección de las variables de entrada, que han sido cruciales para lograr este resultado con un alto nivel de confianza estadística.

Por su parte, los investigadores del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) participantes en el experimento ATLAS trabajan en otros canales para estudiar la desintegración del bosón de Higgs en otros fermiones (quarks top y bottom).

En ATLAS también participan investigadores del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CNM-IMB-CSIC) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM). En total, unos 200 investigadores españoles participan en el LHC, agrupados por el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN).