Los físicos que trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés) han vuelto a detectar el famoso bosón de Higgs, esta vez capturando detalles sobre una rara interacción con una de las partículas fundamentales más pesadas conocidas por la física: el quark top.
La mezcla de estos encuentros increíblemente raros ha proporcionado a los físicos información importante sobre la naturaleza de estas masas, y si hay más en la física de lo que predicen los modelos existentes. Dado que los bosones de Higgs son responsables de la masa de las partículas fundamentales, tener datos para compararlos con las predicciones anteriores.
A pesar de tener que lidiar con la masa todos los días, ya sea en forma de fuerza de gravedad o en la superación de la inercia para hacer que nuestro cuerpo se mueva, es difícil captar su causa básica.
La famosa ecuación de Einstein «E=mc^2» es una descripción de la masa como energía. ‘Pegar’ partículas básicas en neutrones y protones requiere energía, y ese esfuerzo contribuye a la sensación de pesadez de un átomo.
Pero ciertas partículas fundamentales aún tienen masa incluso cuando no están haciendo ningún tipo de esfuerzo. ¿De dónde vendría esta masa?
Hace cincuenta años, un científico llamado Peter Higgs imaginó que tenía que haber un bosón -una partícula en la misma categoría de partículas que los fotones- que interactuaba con ellos dentro de un campo especial, rellenando ese pequeño trozo de energía faltante que completa la masa de un objeto.
Durante décadas, esta extraña y pequeña partícula fue la pieza que faltaba en el rompecabezas del Modelo Estándar. Finalmente, en 2012, se confirmaron los rumores: el bosón de Higgs se detectó en el Gran Colisionador de Hadrones, completando el Modelo Estándar.
Pero eso solo era el principio del comienzo de nuestra exploración sobre el bosón de Higgs: todavía tenemos que medir ese pequeño esfuerzo que es responsable de la masa que falta, y los quark cima son un buen sitio para comenzar a buscar.
Junto con su hermano, quark abajo, hacen posibles los protones y los neutrones. Pero los quarks cima no duran lo suficiente como para poder detectarlos. No obstante, son notablemente pesados.
Un electrón tiene aproximadamente unos tres millones de la masa de un quark superior, lo que indica una interacción relativamente fuerte con el campo de Higgs.
Para captar esta interacción es necesario tener indicios de que un bosón de Higgs aparece junto con un quark cima en algo que se llama producción ttH. Pero esto es más fácil decirlo que hacerlo: ninguna de las dos partículas existe el suficiente tiempo como para verse directamente, y solo el 1% de los bosones de Higgs producidos por las energías del LHC aparecen junto a un quark cima.
Para detectarlos, los físicos necesitaban navegar a través de los datos de dos experimentos diferentes del colisionador en busca de combinaciones de firmas de partículas menos inestables en las que penetraban. Encontrar una firma no es ver algo de forma directa, sino indirecta, como si buscaras un rastro.
Al encontrar suficientes firmas y comparar sus resultados, los investigadores de ambos experimentos ahora confían en que tienen los datos correctos para describir la fuerza del acoplamiento de un quark Higgs-cima.
«Cuando ATLAS y CMS finalicen la toma de datos, en noviembre de 2018, tendremos los suficientes indicaciones de que el bosón de Higgs tiene un papel clave en el gran valor de la masa del quark cima», afirma el físico Karl Jakobs, portavoz de la colaboración.
