Observación del acoplamiento directo del bosón de Higgs al quark top

Una observación realizada por el experimento CMS en el CERN, publicado hoy en Physical Review Letters, conecta por primera vez las dos partículas elementales más pesadas del Modelo Estándar.  Miembros del Departamento de Física de la Universidad San Francisco de Quito (USFQ) participaron en esta investigación internacional.

Vista del solenoide magnético, elemento central del aparato CMS, durante la para técnica del experimento en el 2013. (Photo: CERN / CMS, Michael Hoch).
El 4 de julio de 2012, dos de los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por su siglas en Inglés), ATLAS y CMS del CERN informaron de forma independiente el descubrimiento del bosón de Higgs. El anuncio creó titulares en todo el mundo: el descubrimiento confirmó la existencia de la última partícula elemental faltante del Modelo Estándar, medio siglo después de que el bosón de Higgs fuera pronosticado teóricamente. Al mismo tiempo, el descubrimiento marcó también el comienzo de un programa experimental destinado a determinar las propiedades de la partícula recién descubierta. Hoy, en Physical Review Letters, la colaboración de CMS anuncia un hito en ese programa.

En el Modelo Estándar, el bosón de Higgs puede acoplarse a fermiones, con una fuerza de acoplamiento proporcional a la masa del fermión. Si bien se han observado procesos de descomposición asociados, la descomposición en los quarks top, el fermión más pesado conocido, es cinemáticamente imposible. Por lo tanto, se necesitan rutas alternativas para probar directamente el acoplamiento del bosón de Higgs al quark top. Uno es a través de la producción de un bosón de Higgs y un par top quark-antiquark. Este es el mecanismo de producción que ahora se ha observado por primera vez; al hacerlo, la colaboración CMS logró uno de los principales objetivos del programa de física de Higgs.

“Este análisis es uno de los más difíciles de llevar a cabo debido a la rareza con la que suceden este tipo de eventos”, comenta Edgar Carrera, profesor de la USFQ, quien contribuye al sistema del disparador de alto nivel (high level trigger) del experimento.

Con la observación del acoplamiento entre las dos partículas elementales más pesadas del Modelo Estándar, el programa de física del LHC para caracterizar y comprender mejor el bosón de Higgs ha dado un paso importante. Si bien la fuerza del acoplamiento medido es consistente con la expectativa del Modelo Estándar, la precisión de la medición aún deja espacio para las contribuciones de nueva física. En los próximos años se recopilarán muchos más datos y se mejorará la precisión, para ver si el Higgs revela la presencia de la física más allá del Modelo Estándar.




Las dos posibles rutas de observación del acople del bosón de Higgs con el quark top son la producción de un bosón de Higgs por la fusión de un par top quark-antiquark (izquierda) o a través de la radiación por parte de un top quark (derecha).

Se puede encontrar más información en el comunicado de prensa (https://press.cern/press-releases/2018/06/higgs-boson-reveals-its-affinity-top-quark) emitido por CERN, con motivo de la inauguración de la conferencia LHCP2018 en Bolonia (Italia), donde también la colaboración ATLAS está presentando sus últimos resultados por primera vez .
 
Para mayor información contactarse con Edgar F. Carrera ecarrera@usfq.edu.ec. Para Coordinación Periodística contactarse con Sara Flores sflores@usfq.edu.ec, 2971936, 0995614390 o Alexandra Polanco apolanco@usfq.edu.ec.

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