Una nueva proeza del Gran Colisionador de Hadrones del CERN ha conseguido la producción simultánea de la partícula elemental más masiva, lo que abre nuevas posibilidades a la creación de materia y suscita dudas sobre si este resultado se debe a fuerzas situadas más allá de la física conocida. El bosón de Higgs está implicado.
Científicos que trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHCV), del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), han observado por primera vez la producción simultánea de cuatro quarks top, la partícula elemental más masiva conocida.
La primera observación directa de la producción de cuatro quarks top es un nuevo paso para aprender más sobre esta fascinante partícula, así como para profundizar un poco más en el mundo situado más allá del Modelo Estándar de la física de partículas. Ese mundo desconocido es la así llamada Nueva Física.
El quark top (en español quark cima) es una partícula elemental que pertenece a la tercera generación de quarks, las únicas partículas elementales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales: la nuclear fuerte, la electromagnética, la nuclear débil y la gravedad.
El quark top es una partícula muy inestable, por lo que no tiene tiempo para fundirse con otros quarks y formar nuevas partículas llamadas hadrones.
A las puertas de la Nueva Física
Que ahora, por primera vez, se haya conseguido la producción simultánea de cuatro quarks top es particularmente importante, ya que eso significa que algo extraño está pasando: nuevas partículas o fuerzas podrían haber influido en la producción de cuatro quarks top mediante interacciones situadas más allá del Modelo Estándar.
Por este motivo, los científicos consideran que este descubrimiento puede ser una contribución inesperada a la física que está más allá del Modelo Estándar, particularmente por la relación comprobada del quark top con el bosón de Higgs.
El quark top es la partícula que tiene los lazos más fuertes con el bosón de Higgs, considerado a su vez la puerta “oficial” de entrada a una Nueva Física.
El bosón de Higgs, descubierto en 2012, es una partícula elemental propuesta en el Modelo Estándar de la física de partículas y la manifestación cuántica del campo de Higgs, que proporciona masa a las partículas elementales con las que interactúa.
Interacciones acotadas
Lo importante a efectos del nuevo descubrimiento es que la producción de un bosón de Higgs se puede obtener por fusión de quarks top y de antiquarks top, la antipartícula del quark top.
Para profundizar en esa dirección, la nueva investigación ha acotado la interacción entre el quark top y el bosón de Higgs y establecido dos parámetros significativos de su vinculación con el Modelo Estándar, lo que hace que el resultado sea aún más intrigante de cara a proporcionar nuevas pistas sobre la Nueva Física, destacan los investigadores.
La colaboración Atlas, uno de los dos grandes experimentos del LHC en los que participan más de 5.000 científicos y técnicos de todo el mundo, había encontrado indicios de la producción simultánea de cuatro quarks top en los datos obtenidos entre 2015 y 2018.
Mucho más lejos
Ahora, tras cuatro años de toma de datos y cinco de análisis, el equipo científico de Atlas ha llegado mucho más lejos aprovechando las mejoras en el rendimiento del detector, las nuevas técnicas de análisis y una mejor comprensión de los principales procesos de fondo.
Todo ello hace que el resultado, presentado la semana pasada en la conferencia de Moriond, alcance un alto nivel de confianza estadística, lo que confirma el hallazgo, aunque no despeja la duda de si es el resultado de interacciones no contempladas en el Modelo Estándar.
Los grupos españoles del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) y del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) están implicados en la búsqueda de procesos raros con quarks top.
Marcel Vos, investigador del CSIC en el IFIC, es el coordinador del grupo de física de quarks top del experimento Atlas, mientras que Aurelio Juste, investigador del IFAE, es el presidente del consejo editorial que ha revisado la publicación.
Aclarar las dudas
“Estamos muy contentos de que finalmente se haya descubierto este proceso. A lo largo de mi trayectoria he podido trabajar en estudios fenomenológicos relacionados antes del inicio del LHC. Es una gran satisfacción ser finalmente testigo de este descubrimiento del Modelo Estándar después de todos estos años”, comenta Vos, citado por el CSIC en un comunicado.
La colaboración Atlas continuará impulsando la precisión de esta medición. Los estudios futuros brindarán información adicional sobre la señal observada, lo que ayudará a determinar si realmente coincide con el Modelo Estándar o si, por el contrario, hay indicios de nuevos fenómenos físicos que conduzcan a una comprensión más profunda de la naturaleza fundamental del universo.
Fuente LEVANTE