Los científicos han descubierto la primera evidencia de una rara desintegración del bosón de Higgs, lo que amplía nuestra comprensión del extraño universo cuántico.
En 2012, el Premio Nobel de Física se otorgó a un hallazgo revolucionario: la detección del bosón de Higgs, una partícula subatómica predicha por el Modelo Estándar de física casi 50 años antes. El bosón de Higgs no vive mucho tiempo y se descompone rápidamente en partículas menos masivas como dos fotones (partículas de luz).
Ahora, investigadores que utilizan ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Suiza han encontrado evidencia de una rara desintegración del bosón de Higgs en la que la partícula subatómica se desintegra en un fotón y dos leptones, un tipo de partícula elemental que puede estar cargada o ser neutral (los electrones y los muones, un tipo similar de partícula subatómica, son dos ejemplos de leptones cargados). Específicamente, encontraron evidencia de que el bosón de Higgs puede descomponerse en un fotón y un par de electrones, o en un fotón y un par de muones con carga opuesta.
Usando el Modelo Estándar, los científicos pueden predecir las diferentes partículas elementales en las que puede decaer el bosón de Higgs, siendo una decadencia bastante “común” dos fotones. También pueden estimar la frecuencia con la que el bosón de Higgs se descompone en diferentes combinaciones de partículas, y es particularmente raro que el bosón de Higgs se descomponga en un fotón y dos leptones.
En este tipo de desintegración, después de su muy corta vida, el bosón de Higgs se convierte rápidamente en un fotón y lo que los científicos llaman un “fotón virtual”. Ese “fotón virtual”, también conocido como “fotón fuera de la cáscara”, inmediatamente se convierte en algo así como, en este caso, dos leptones. Este “fotón virtual” tiene una masa muy pequeña distinta de cero, mientras que los fotones regulares carecen completamente de masa, dijo a Space.com James Beacham, físico de partículas del experimento ATLAS en el LHC.
Los dos leptones “golpean nuestro calorímetro muy cerca uno del otro”, agregó Beacham. El calorímetro del LHC es una herramienta que detiene las partículas provenientes de una colisión de partículas. Los científicos pueden detectar y estudiar estas partículas cuando son detenidas o “absorbidas” por la herramienta.
Si bien los científicos han predicho que este tipo de desintegración debería existir con el bosón de Higgs, esta nueva detección es “el primer indicio de evidencia de este modo de desintegración muy raro del bosón de Higgs”, dijo Beacham.
Sin embargo, agregó, es probable que el equipo no pueda observar directamente la rara descomposición hasta que mejoren las instalaciones para el próximo programa LHC de alta luminosidad (que vendrá después de la Serie 3 del LHC). Los datos utilizados para este estudio fueron recopilados durante la Ejecución 2, el segundo período de ejecución del colisionador que comenzó en 2015 y finalizó en 2018. La Ejecución 3 comenzará en marzo de 2022.
“Con una gran cantidad de datos que se esperan del programa LHC de alta luminosidad, el estudio de las raras desintegraciones del bosón de Higgs se convertirá en la nueva norma”, según un comunicado de ATLAS.
Al estudiar desintegraciones raras como esta, los investigadores pueden explorar la posibilidad de una nueva física que se extienda más allá del Modelo Estándar. El Modelo Estándar explica muchas cosas sobre nuestro universo físico, pero no incluye la gravedad ni la materia oscura, dijo Beacham. Se cree que la materia oscura, que no emite luz y no se puede observar directamente, constituye aproximadamente el 80% de toda la materia en el universo conocido, pero los científicos aún no saben exactamente qué es.
“Siempre estamos buscando extensiones para el modelo estándar”, dijo. “Tenemos que encontrar una ventana o un portal desde nuestro mundo hacia este mundo del sector oscuro y jugar experimentalmente. Y uno de estos podría ser el bosón de Higgs”. Beacham explicó que el “sector oscuro” abarca la física que se extiende más allá del Modelo Estándar.
Ahora, no nos emocionemos demasiado. Este documento “aún no nos da nueva información sobre el portal de Higgs en el ‘sector oscuro'”, dijo Beacham. Pero “este documento demuestra que podemos buscar cosas muy raras como esta, con bastante facilidad”, dijo, lo que impulsa la búsqueda hacia adelante en general.
Este trabajo se presentó en un seminario público del LHC en el CERN el 1 de febrero y se puede ver en el sitio web del CERN. El documento publicado por el CERN es una nota CONF, que es un resultado preliminar de ATLAS.
Fuente: Live Science.
