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Un paso más en la comprensión del bosón de Higgs y el quark top

La observación hecha por el experimento CMS del CERN, publicada ayer en la prestigiosa revista científica "Physical Review Letters", conecta por primera vez las dos partículas más pesadas del Modelo Estándar de Partículas. Con ello, la colaboración CMS consigue uno de los objetivos primordiales de su programa de Física.


El grupo de Física de Partículas del IFCA participa activamente en el entendimiento del bosón de Higgs, en concreto en el canal de desintegración a dos bosones WW. También ha participado en medidas de precisión del quark top.


El 4 de Julio de 2012, los dos experimentos del acelerador de partículas LHC del CERN (ATLAS y CMS) informaron independientemente del descubrimiento del bosón de Higgs. El anuncio dio pie a titulares en todo el mundo: ese descubrimiento confirmó la existencia de la última partícula sin observar dentro del Modelo Estándar medio siglo después de que fuera predicha teóricamente. Al mismo tiempo marcó el principio de un programa experimental cuyo objetivo es la comprensión de todas las propiedades de la nueva partícula descubierta. En la publicación de la revista Physical Review Letters la colaboración CMS anuncia un paso más en este programa.

En el Modelo Estándar de Física de Partículas, el bosón de Higgs se puede acoplar a fermiones (partículas cuyo número cuántico de espín es fraccionario, como los quarks y los leptones) con una intensidad de acoplamiento proporcional a la masa del fermión. Mientras otros procesos de desintegración del bosón de Higgs sí han sido observados (el IFCA ha estudiado la desintegración del Higgs en pares de bosones electrodébiles W, por ejemplo), la desintegración al quark top es cinemáticamente imposible debido a su mayor masa. Por lo tanto, han de buscarse otras alternativas para probar de manera directa el acoplamiento del Higgs y del quark top.

Una de ellas es la producción asociada del bosón de Higgs y de un par de quark-antiquark top (ver figura). Representadas aparecen las dos formas de observar el acoplamiento del bosón de Higgs y de los quarks top: la producción del bosón de Higgs en la fusión con quark-antiquark top (izquierda) y a través de la radiación de un Higgs por uno de los quarks top (derecha).


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Mecanismo de producción observado por primera vez


"El hito ha ocurrido antes de lo esperado", ha dicho el profesor de la ETH (Escuela Politécnica Federal de Zúrich) Gunther Dissertori. "Esto se debe a la disponibilidad de los excelentes datos experimentales de CMS pero también, en buena parte, al uso de sofisticados métodos de análisis que aseguran que la precisión estadística necesaria ha sido alcanzada."

Con la observación de este acoplamiento entre las dos partículas más pesadas del Modelo Estándar, el programa de física del  LHC da un paso muy importante para caracterizar y entender el bosón de Higgs. Mientras la intensidad de la medida del acoplamiento es consistente con la predicha por la teoría, todavía deja espacio para que existan contribuciones de nueva física aún por descubrir. En los próximos años se recogerán muchos más datos y la precisión se mejorará con el fin de ver si el Higgs revela la presencia de física más allá del Modelo Estándar.


El grupo de Física de Partículas del IFCA, en Santander, colabora desde hace más de 20 años en el detector CMS del LHC tanto en análisis de datos como en la construcción del detector. Los análisis en los que participa activamente están relacionados con el quark top, el bosón de Higgs y bosones electrodébiles (W/Z), además de la búsqueda de la materia oscura y de la supersimetría. Contribuyeron en el sistema de alineamiento de las cámaras de muones en la parte del detector y actualmente están trabajando en el I+D de tecnología de píxeles de silicio en 3D para incluir en el detector de trazas de CMS. También han colaborado en este proyecto otras instituciones españolas como el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), el Instituto de Microelectrónica de Barcelona, el CIEMAT, la Universidad de Oviedo o la Autónoma de Madrid, todos ellos bajo la Red Consolider CPAN.

 


Más información en la nota de prensa emitida por el CERN con la ocasión de la apertura de la conferencia LHCP2018 que se realiza en Bolonia (Italia), donde también la colaboración ATLAS esta presentado sus últimos resultados por primera vez.


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