28 oct 2020

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Descubren un extraño proceso en el bosón de Higgs

El bosón de Higgs se puede descomponer en dos muones, la versión más pesada del electrón que articula la materia del universo. Un resultado insólito para la física fundamental.

El Periódico

Los experimentos ATLAS y CMS en el CERN han anunciado nuevos resultados que muestran la descomposición del bosón de Higgs en dos muones.

El anuncio se ha producido en el curso de la 40 edición de la conferencia internacional de la física de altas energías (ICHEP2020), que se celebra estos días en Praga.

El muon¿¿ es una partícula elemental masiva que pertenece a la segunda generación de leptones. Aunque posee carga eléctrica negativa, como el electrón, su masa es 207 veces mayor que la del electrón, y su vida es algo más larga que las de otras partículas inestables.

El muon es por tanto una versión más pesada del electrón, una de las partículas elementales que componen la materia del Universo.  Mientras que los electrones se clasifican como partículas de primera generación, los muones pertenecen a la segunda.

La descomposición del bosón de Higgs en muones es un proceso físico poco frecuente, ya que aproximadamente uno de cada 5.000 bosones de Higgs se somete a este proceso.

Los nuevos resultados anunciados en Praga son de capital importancia para la física fundamental porque indican por primera vez que el bosón de Higgs interactúa con partículas elementales de segunda generación.

Estudiado desde 2012

Los científicos del CERN han estado estudiando el bosón de Higgs desde su descubrimiento en 2012, para comprender mejor las propiedades de esta partícula tan especial.

Como resultado de colisiones de protones en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el bosón de Higgs se descompone casi instantáneamente en otras partículas.

Uno de los principales métodos para estudiar las propiedades del bosón de Higgs es analizar cómo se descompone en varias partículas fundamentales, así como la tasa de descomposición correspondiente.

Evidencia consistente

Según se explica en un comunicado, el experimento CMS vio índices de la desintegración del bosón de Higgs en dos muones con una significación estadística de tres sigmas, lo que significa que la probabilidad de que el índice de desintegración de un bosón de Higgs en un par de muones provenga de una fluctuación estadística es menor que 1/700.

El nivel de dos sigmas obtenido por ATLAS corresponde a una probabilidad de 1/40. La combinación de los dos resultados aumentaría la importancia mucho más allá de tres sigmas y proporcionaría evidencia aún más fuerte de la descomposición del bosón de Higgs en dos muones.

Manifestación cuántica

El bosón de Higgs es la manifestación cuántica del campo de Higgs, que da masa a las partículas elementales con las que interactúa, a través del mecanismo Brout-Englert-Higgs.

Al medir la velocidad a la que el bosón de Higgs se descompone en diferentes partículas, los físicos pueden inferir la fuerza de su interacción con el campo de Higgs: cuanto mayor sea la velocidad de descomposición en una partícula dada, más fuerte será la interacción con el campo.

Hasta ahora, los experimentos ATLAS y CMS han observado la descomposición del bosón de Higgs en diferentes tipos de bosones, como W y Z, así como fermiones pesados, como los leptones tau.

Según el Modelo Estándar

Los nuevos resultados, que están en línea con las predicciones del Modelo Estándar, se basan en todos los datos recopilados durante el segundo período de operación del LHC.

Gracias a los nuevos datos que se recopilarán durante el próximo período de funcionamiento del acelerador, y luego con el LHC de alta luminosidad, las colaboraciones ATLAS y CMS esperan alcanzar la sensibilidad (5 sigmas) necesaria para establecer el descubrimiento de la descomposición del bosón de Higgs en dos muones, y establecer límites a las teorías de la física más allá del Modelo Estándar en relación con el modo de descomposición del bosón de Higgs.

Referencia

A search for the dimuon decay of the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector. ATLAS Collaboration. arXiv:2007.07830v1 [hep-ex]