Una búsqueda refinada de la transformación extremadamente rara del bosón de Higgs ha dado resultados, proporcionando la primera evidencia de un proceso que podría insinuar partículas desconocidas.
Conciliando los resultados de varios años de choques de protones dentro de dos detectores diferentes en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), los físicos aumentaron la precisión estadística de la velocidad a la que el famoso ‘dar masa’ partícula decayó en un fotón y un bosón z.
Los resultados, compartidos en la Conferencia de física del LHC en Belgrado la semana pasada, están muy por debajo de lo que podría ser considerado significativo. Pero el proceso en sí puede mejorarse para perfeccionar la burbuja y el silbido de las recetas cuánticas, y ayudar a determinar dónde podrían existir nuevas fuerzas exóticas y bloques de construcción.
La partícula de Higgs se convirtió en la favorita del mundo de la física en 2012 cuando la evidencia de su existencia fue confirmada por el ATLAS
No solo fue la entrada final en ese gran mapa de partículas, el Modelo Estándar, para ser confirmado experimentalmente; su observación prometía ser una ventana a partes ocultas del reino cuántico.
En su mayor parte, saber que la partícula de Higgs y su campo asociado existen significa que ahora entendemos por qué las partículas fundamentales tienen masa.
Dado que la energía y la masa son formas diferentes de describir el mismo tipo de cosas, el esfuerzo que se requiere para mantener unidos objetos grandes y gruesos (como átomos, moléculas y elefantes) contribuye con una proporción significativa de la masa del objeto.
En una escala más pequeña, el esfuerzo que requieren objetos más fundamentales como electrones o quarks para atravesar el campo de Higgs explica por qué tienen una masa en reposo y por qué partículas como los fotones no.
Sin embargo, la naturaleza gregaria del campo y la espuma efervescente de sus bosones lo convierten en un candidato perfecto para buscar signos de campos cuánticos hipotéticos y partículas relacionadas que normalmente no se darían a conocer a través de medios más obvios.
“Cada partícula tiene una relación especial con el bosón de Higgs, lo que hace que la búsqueda de desintegraciones raras de Higgs sea una alta prioridad”. dice la coordinadora de física del experimento ATLAS del CERN, Pamela Ferrari.
La descomposición de una partícula es como la muerte de una paloma en medio de los rascacielos: sucede todo el tiempo, a menudo de diversas formas, pero tendrás suerte si atrapas más de unas pocas plumas a la deriva como evidencia de su muerte.
Afortunadamente, al llevar la cuenta de todas esas ‘plumas’ en el polvo de un colisionador, los físicos pueden construir una imagen de las diferentes formas en que las partículas se deshacen y fugazmente resurgen en cosas nuevas.
Algunas de estas desintegraciones son relativamente comunes, pero para la partícula de Higgs, las transformaciones en un fotón y el bosón Z portador de fuerza nuclear débil de corto alcance es un evento aproximadamente uno entre mil. O, como se predice en los libros de texto, alrededor del 0,15 por ciento de todas las desintegraciones de Higgs.
Pero eso es justo lo que dicta el Modelo Estándar que debemos esperar. Tan asombrosamente perspicaz como es esa gran teoría, sabemos que tiene que fallar en algún momento, dado que no tiene mucho que decir sobre la energía oscura que estira el espacio o la deformación del espacio y el tiempo de una manera similar a la gravedad.
Cualquier divergencia de esta figura podría usarse para respaldar modelos alternativos que podrían dejar suficiente espacio para adaptarse a hechos problemáticos.
Saber cómo mejorar el mejor modelo de física que hemos tenido significa encontrar un montón de anomalías que actualmente no puede explicar. Como campos exóticos y partículas que realizan acciones sutiles y raras que normalmente no notaríamos.
“La existencia de nuevas partículas podría tener efectos muy significativos en los raros modos de desintegración del Higgs”, dice Florencia Canelli, coordinadora de física del otro detector del CERN, el CMS.
Por ahora, esas escurridizas partículas de unicornio son tan míticas como siempre. Los resultados hasta ahora caen aproximadamente dentro del rango de lo que predice el Modelo Estándar.
No obstante, solo hay datos suficientes para que los físicos tengan una confianza moderada en que los resultados son correctos. Corridas más grandes, tal vez utilizando una mejor tecnología, aún podrían revelar pequeñas diferencias que ocultan una gran ventana a un conjunto completamente nuevo de teorías.
“Este estudio es una poderosa prueba del Modelo Estándar”, dice Canelli.
“Con la tercera carrera en curso del LHC y el futuro LHC de alta luminosidadpodremos mejorar la precisión de esta prueba y sondear desintegraciones de Higgs cada vez más raras”.