Física fundamental

El bosón de Higgs abre la puerta a mundos desconocidos

Ofrece pistas sobre partículas invisibles que podrían constituir la materia oscura

El bosón de Higgs abre la puerta a mundos desconocidos

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CERN/T21

El bosón de Higgs se ha convertido en un poderoso medio para buscar nuevos fenómenos desconocidos, han constado los científicos después de 10 años de estudios transcurridos desde su descubrimiento. Ofrece novedosas pistas sobre las partículas invisibles que podrían formar parte de la materia oscura.

Diez años después de anunciar el descubrimiento del bosón de Higgs, las colaboraciones internacionales ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN han presentado los resultados obtenidos en sus estudios más completos sobre las propiedades de esta partícula.

Estas investigaciones, independientes y publicadas en Nature, demuestran que las propiedades de la partícula observada en 2012 son notablemente consistentes con las características del bosón de Higgs predichas por el Modelo Estándar de la física de partículas.

Los estudios también muestran que el bosón de Higgs se está convirtiendo en un poderoso medio para buscar nuevos fenómenos desconocidos que, si se encuentran, podrían arrojar luz sobre algunos de los mayores misterios de la física, como la naturaleza de la materia oscura presente en el universo.

Campo cuántico omnipresente

El bosón de Higgs es la manifestación en forma de partícula de un campo cuántico omnipresente, conocido como campo de Higgs, fundamental para describir el universo tal y como lo conocemos.

Sin este campo, las partículas elementales como, por ejemplo, los electrones o los quarks (constituyentes de los protones y neutrones que forman los núcleos atómicos), no tendrían masa, ni tampoco las partículas pesadas (bosones W) que median la interacción nuclear débil, responsable del inicio del proceso nuclear del Sol.

Para estudiar con precisión el bosón de Higgs y sus interacciones con otras partículas, las colaboraciones internacionales ATLAS y CMS combinan numerosos procesos complementarios en los que el bosón de Higgs se produce y se desintegra en otras partículas.

En sus nuevos estudios, realizados de forma independiente por cada colaboración, han utilizado muestras de datos completas registradas durante la segunda etapa del LHC.

Estos conjuntos de datos incluyen cada uno más de 10.000 billones de colisiones protón-protón y unos 8 millones de bosones de Higgs, que es 30 veces más de lo que se consiguió en el momento del descubrimiento de la partícula en 2012.

Cada uno de los recientes estudios que han llevado a cabo las colaboraciones combina un número y una variedad sin precedentes de procesos de producción y desintegración del bosón de Higgs, con la finalidad de obtener el conjunto de medidas más preciso y detallado hasta la fecha.

Consistencia con el Modelo Estándar

Todas las mediciones y resultados obtenidos por ATLAS y CMS son notablemente consistentes con las predicciones del Modelo Estándar, dentro de un rango de incertidumbre que depende, entre otros criterios, de la abundancia de un proceso determinado.

En las mediciones que cuantifican la fuerza de la interacción entre el bosón de Higgs y los portadores de la fuerza débil, los resultados han alcanzado una incertidumbre del 6%. A modo de comparación, análisis similares con muestras de datos la primera etapa del LHC dieron como resultado una incertidumbre del 15% para esa misma medida.

"Tan solo diez años después del descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC, los experimentos ATLAS y CMS han proporcionado un mapa detallado de sus interacciones con los portadores de la fuerza y las partículas de materia", dice el portavoz de ATLAS, Andreas Hoecker.

Y añade: "el área de estudio del bosón de Higgs está directamente relacionada con los análisis de la evolución del universo primitivo y su estabilidad, así como con el sorprendente patrón de masas de las partículas de materia. El descubrimiento del bosón de Higgs ha desencadenado un emocionante, profundo y amplio esfuerzo experimental que se extenderá a lo largo de todo el programa del LHC."

Novedosas pistas

Los nuevos análisis presentados por ATLAS y CMS también proporcionan, entre otros resultados, novedosas pistas sobre la interacción del bosón de Higgs consigo mismo y sobre nuevos fenómenos aún desconocidos que quedan fuera del alcance del Modelo Estándar, como el proceso de desintegración del bosón de Higgs en partículas invisibles candidatas a la ser las constituyentes de la materia oscura.

ATLAS y CMS seguirán estudiando en detalle la naturaleza del bosón de Higgs utilizando los datos la tercera etapa del LHC, que comienza el 5 de julio, empleando las muestras de datos que se obtendrán a raíz de la mayor actualización del colisionador, el LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC), cuyo funcionamiento está previsto a partir de 2029.

En los próximos años, las colaboraciones esperan no sólo reducir significativamente las incertidumbres de las medidas ya determinadas, sino también observar interacciones del bosón de Higgs con las partículas de materia más ligeras y obtener la primera evidencia significativa de la interacción del bosón consigo mismo.

Referencias

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A detailed map of Higgs boson interactions by the ATLAS experiment ten years after the discovery. The ATLAS Collaboration. Nature (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04893-w

A portrait of the Higgs boson by the CMS experiment ten years after the discovery. The CMS Collaboration. Nature (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04892-x