Els experiments de l’LHC revelen com interactua el bosó de Higgs amb la partícula més pesada

Els experiments ATLAS i CMS del Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC) presenten nous resultats que avancen en el coneixement de com el bosó de Higgs interacciona amb la partícula més pesada que es coneix, el quark top, confirmant les teories existents sobre la partícula que dóna massa a la resta de les partícules i posant límits a nous fenòmens i teories físiques. En ambdós experiments participen diversos centres d’investigació espanyols.

El bosó de Higgs, la partícula responsable de la massa de la resta de partícules elementals, només interactua amb partícules amb massa. No obstant això, es va descobrir mitjançant la seva desintegració en dos fotons (partícules sense massa), ja que la mecànica quàntica permet que el bosó de Higgs produeixi durant un temps molt curt un quark top i la seva antipartícula, un anti-quark top, que s’aniquilen entre si formant dos fotons. La probabilitat que això passi varia segons la força de la interacció o ‘acoblament’ entre el bosó de Higgs i els quarks top. No obstant això, partícules més pesades encara per descobrir podrien participar en aquesta desintegració alterant el resultat. Per això es considera el bosó de Higgs com una porta per trobar ‘nova física’.

Una manifestació més directa de la interacció entre el bosó de Higgs i el quark top és l’emissió d’un bosó de Higgs per un quark top i la seva antipartícula, un quark anti-top. Avui es presenten a la conferència LHCP de Bolonya (Itàlia) nous resultats que descriuen aquest fenomen, anomenat “procés de producció TTH”. Els resultats d’aquest procés obtinguts per l’experiment CMS, amb una significació estadística més gran que 5 sigmes (el llindar per poder proclamar un genuí descobriment), es publiquen avui a la revista Physical Review Letters.

per la seva banda, l’experiment ATLAS acaba d’enviar nous resultats per a publicació, amb dades de l’actual període de funcionament de l’LHC i amb encara més gran significança estadística. Junts, aquests resultats suposen un gran avenç en el coneixement de les propietats de l’bosó de Higgs. les troballes dels dos experiments són compatibles entre si i amb les prediccions de l’Model Estàndard, la teoria que descriu les partícules elementals i les seves interaccions, i ofereixen noves pistes sobre on buscar ‘nova física’.

Dificultats per mesurar un procés ‘rar’

mesurar aquest procés és un r eto, ja que és molt infreqüent: només un 1% dels bosons de Higgs que es produeixen en l’LHC estan associats amb dos quarks top, i, a més, el bosó de Higgs i els quarks top es desintegren en altres partícules de moltes maneres complexos. Les col·laboracions ALTES i CMS han portat a terme diverses anàlisis independents de el procés de producció TTH centrats en les diverses maneres en què es desintegra el Higgs (a bosons W, Z, fotons, leptons tau i jets de quarks b), amb dades de les col·lisions entre protons de l’LHC obtingudes a una energia de 7, 8 i 13 teraelectronvolts (TeV).

“Aquestes mesures realitzades per les col·laboracions CMS i ATLAS ens ofereixen un fort indici que el bosó de Higgs juguen un paper fonamental en la gran massa de l’quark top. Tot i que aquesta és sens dubte una característica clau de l’Model Estàndard, és la primera vegada que s’ha comprovat experimentalment amb aclaparadora significació estadística “, diu Karl Jakobs, portaveu de la col·laboració ATLAS.

“Els equips d’anàlisi de CMS i els seus homòlegs a ATLAS s’han utilitzat nous enfocaments i avançades tècniques d’anàlisi per arribar a aquest resultat. Quan els experiments ATLAS i CMS acabin de prendre dades al novembre de 2018 tindrem esdeveniments suficients com per comprovar de forma encara més contundent la predicció de l’Model Estàndard per al procés de producció TTH, i veure si hi ha indicis d’alguna cosa nova, declara Joel Butler, portaveu de la col·laboració CMS.

Aquest resultat es produeix pel magnífic funcionament de l’LHC, l’eficiència dels detectors ATLAS i CMS, l’ús d’avançades tècniques d’anàlisi i la inclusió en aquestes anàlisis de tots els possibles estats finals de les desintegracions de les partícules. No obstant això, la precisió d’aquestes mesures encara deixa espai per a la presència de nova física. En els propers anys, els dos experiments demanaran moltes més dades, sobretot gràcies a la millora que experimentarà l’LHC a partir de 2025 (LHC d’Alta lluminositat o HL-LHC), i millorarà la precisió d’aquestes mesures per veure si el Higgs revela l’existència de física més enllà de l’Model Estàndard.

En els experiments ALTES i CMS participen científics i enginyers de diversos centres d’investigació espanyols.En ATLAS ho fan l’Institut de Física d’Altes Energies ( IFAE ) , l’Institut de Física Corpuscular ( IFIC , CSIC – Universitat de València ) , i l’Institut de Microelectrònica de Barcelona ( CNM – IMB – CSIC ) . Per la seva banda, en l’experiment CMS col·laboren la Unitat de Física de Partícules de l’ CIEMAT , l’Institut de Física de Cantàbria ( IFCA , CSIC – Universitat de Cantàbria ) , la Universitat d’Oviedo i l’Autònoma de Madrid. Tots aquests centres participen el la Xarxa Consolider CPAN ( Centre Nacional de Física de Partícules, Astropartícules i Nuclear ) .

New ATLAS result establishes production of Higgs boson in association with top quarks

CMS TTH observation paper published in PRL !

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *