El descubrimiento del bos\u00f3n de Higgs en 2012 supuso la \u00faltima pieza que faltaba en el rompecabezas del modelo est\u00e1ndar. Sin embargo, dej\u00f3 preguntas pendientes. \u00bfQu\u00e9 hay m\u00e1s all\u00e1 de este marco? \u00bfD\u00f3nde est\u00e1n los nuevos fen\u00f3menos que resolver\u00edan los misterios restantes del universo, como la naturaleza de la materia oscura y el origen de la asimetr\u00eda materia-antimateria?<\/p>\n\n\n\n
Un par\u00e1metro que puede contener pistas sobre nuevos fen\u00f3menos f\u00edsicos es el “ancho” del bos\u00f3n W, el portador cargado el\u00e9ctricamente de la fuerza d\u00e9bil. El ancho de una part\u00edcula est\u00e1 directamente relacionado con su vida \u00fatil y describe c\u00f3mo se desintegra en otras part\u00edculas. Si el bos\u00f3n W se desintegra de maneras inesperadas, como en nuevas part\u00edculas a\u00fan por descubrir, esto influir\u00e1 en el ancho medido. Como el modelo est\u00e1ndar predice con precisi\u00f3n su valor bas\u00e1ndose en la intensidad de la fuerza d\u00e9bil cargada y la masa del bos\u00f3n W (junto con efectos cu\u00e1nticos m\u00e1s peque\u00f1os), cualquier desviaci\u00f3n significativa de la predicci\u00f3n indicar\u00eda la presencia de fen\u00f3menos no contabilizados.<\/p>\n\n\n\n
En un nuevo estudio publicado en el servidor de preimpresi\u00f3n arXiv, la colaboraci\u00f3n ATLAS midi\u00f3 por primera vez el ancho del bos\u00f3n W en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). El ancho del bos\u00f3n W se hab\u00eda medido previamente en el colisionador de electrones grandes y positrones (LEP) del CERN y en el colisionador Tevatron del Fermilab, arrojando un valor promedio de 2085 \u00b1 42 millones de electronvoltios (MeV), consistente con la predicci\u00f3n del modelo est\u00e1ndar de 2088 \u00b1 1 MeV.<\/p>\n\n\n\n
Utilizando datos de colisi\u00f3n prot\u00f3n-prot\u00f3n con una energ\u00eda de 7 TeV recopilados durante la ejecuci\u00f3n 1 del LHC, ATLAS midi\u00f3 el ancho del bos\u00f3n W en 2202 \u00b1 47 MeV. Esta es la medici\u00f3n m\u00e1s precisa realizada hasta la fecha mediante un solo experimento y, aunque es un poco m\u00e1s grande, es consistente con la predicci\u00f3n del modelo est\u00e1ndar con una precisi\u00f3n de 2,5 desviaciones est\u00e1ndar.<\/p>\n\n\n\n
Este notable resultado se logr\u00f3 realizando un an\u00e1lisis detallado del momento de las part\u00edculas de las desintegraciones del bos\u00f3n W en un electr\u00f3n o un mu\u00f3n y su correspondiente neutrino, que no se detecta pero deja una huella de energ\u00eda faltante en el evento de colisi\u00f3n. Esto requiri\u00f3 que los f\u00edsicos calibraran con precisi\u00f3n la respuesta del detector ATLAS a estas part\u00edculas en t\u00e9rminos de eficiencia, energ\u00eda y momento, teniendo en cuenta las contribuciones de los procesos de fondo.<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, lograr una precisi\u00f3n tan alta tambi\u00e9n requiere la confluencia de varios resultados de alta precisi\u00f3n. Por ejemplo, era esencial comprender con precisi\u00f3n la producci\u00f3n del bos\u00f3n W en las colisiones prot\u00f3n-prot\u00f3n, y los investigadores se basaron en una combinaci\u00f3n de predicciones te\u00f3ricas validadas por diversas mediciones de las propiedades de los bosones W y Z.<\/p>\n\n\n\n
Tambi\u00e9n es crucial para esta medici\u00f3n el conocimiento de la estructura interna del prot\u00f3n, que se describe en las funciones de distribuci\u00f3n de partones. Los f\u00edsicos de ATLAS incorporaron y probaron funciones de distribuci\u00f3n de partones derivadas por grupos de investigaci\u00f3n globales a partir de datos de ajustes de una amplia gama de experimentos de f\u00edsica de part\u00edculas. La colaboraci\u00f3n ATLAS midi\u00f3 la anchura del bos\u00f3n W simult\u00e1neamente con la masa del bos\u00f3n W utilizando un m\u00e9todo estad\u00edstico que permiti\u00f3 restringir directamente parte de los par\u00e1metros que cuantifican las incertidumbres a partir de los datos medidos, mejorando as\u00ed la precisi\u00f3n de la medici\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
La medici\u00f3n actualizada de la masa del bos\u00f3n W es 80367 \u00b1 16 MeV, lo que mejora y reemplaza la medici\u00f3n anterior de ATLAS utilizando el mismo conjunto de datos. Los valores medidos tanto de la masa como del ancho son consistentes con las predicciones del modelo est\u00e1ndar.<\/p>\n\n\n\n
Se espera que las mediciones futuras del ancho y la masa del bos\u00f3n W utilizando conjuntos de datos ATLAS m\u00e1s grandes reduzcan las incertidumbres estad\u00edsticas y experimentales. Al mismo tiempo, los avances en las predicciones te\u00f3ricas y una comprensi\u00f3n m\u00e1s refinada de las funciones de distribuci\u00f3n de partones ayudar\u00e1n a reducir las incertidumbres te\u00f3ricas. A medida que sus mediciones se vuelvan cada vez m\u00e1s precisas, los f\u00edsicos podr\u00e1n realizar pruebas a\u00fan m\u00e1s estrictas del Modelo Est\u00e1ndar y buscar nuevas part\u00edculas y fuerzas.<\/p>\n\n\n\n