Su trabajo abarca tanto el análisis de datos como la construcción, operación y actualización del propio detector. Todos sus investigadoras e investigadores participan activamente en estudios relacionados con el quark top y el bosón de Higgs, además de en la búsqueda de materia oscura o señales de supersimetría, entre otros posibles indicios de nueva física más allá del Modelo Estándar.
El experimento ATLAS, uno de los grandes detectores del LHC, ha dado un paso importante para entender cómo el bosón de Higgs, la partícula que da masa a las demás, interactúa con el quark top, la partícula elemental más pesada conocida. Por primera vez, las científicas y científicos de la colaboración ATLAS han realizado una búsqueda optimizada específicamente para estudiar la producción conjunta de un único quark top y un bosón de Higgs (denominada tH), un proceso extremadamente raro dentro del Modelo Estándar y aún no observado experimentalmente. Este resultado acerca a la comunidad científica a medir con mayor precisión el acoplamiento entre ambas partículas, una interacción clave del Modelo Estándar de física de partículas.
La producción asociada del bosón de Higgs con un par formado por un quark top y un antiquark top ya ha sido observada en ATLAS y CMS, pero producir un bosón de Higgs junto a un solo quark top sigue siendo uno de los procesos menos explorados. Este mecanismo es especialmente interesante porque, debido a cómo interviene en él el acoplamiento del bosón de Higgs al quark top, comparar su tasa de producción con la predicha por el Modelo Estándar podría revelar indicios de la llamada violación de la simetría CP, un fenómeno relacionado con la diferencia entre materia y antimateria. Dado que el Modelo Estándar no explica del todo por qué el Universo está compuesto casi exclusivamente de materia, cualquier pista en esta dirección resulta especialmente relevante.
Por primera vez, las científicas y científicos de la colaboración ATLAS han realizado una búsqueda optimizada específicamente para estudiar la producción conjunta de un único quark top y un bosón de Higgs (denominada tH), un proceso extremadamente raro dentro del Modelo Estándar y aún no observado experimentalmente. Este resultado acerca a la comunidad científica a medir con mayor precisión el acoplamiento entre ambas partículas, una interacción clave del Modelo Estándar de física de partículas
Los doctores formados en el IFIC, Pablo Martínez Agulló y Jesús Guerrero Rojas, bajo la dirección del personal investigador Susana Cabrera Urbán y Carlos Escobar Ibáñez (quien además coordina el grupo de trabajo de ATLAS encargado de estos análisis y de otros que estudian distintas desintegraciones del bosón de Higgs, así como la combinación de todos los canales experimentales para aumentar la sensibilidad) han desempeñado un papel esencial en este trabajo, que forma parte de sus tesis doctorales. Su análisis se ha centrado en las desintegraciones del bosón de Higgs en diferentes tipos de partículas, lo que ha permitido explorar varios canales experimentales sensibles a la producción tH. En estas colisiones pueden producirse varios leptones, un tipo de partícula ligera: los más comunes son los electrones, los muones (electrones más pesados) y los leptones tau (más pesados y de vida más corta).
A pesar de que el proceso tH es extraordinariamente raro (con una sección eficaz inclusiva de 74.3 fb) y que aún no se ha podido observar de forma experimental, el nuevo análisis de ATLAS ha conseguido establecer los límites más estrictos obtenidos hasta ahora para este proceso. En concreto, ATLAS establece que la tasa de producción del proceso tH en las colisiones del LHC no supera unas 14 veces la predicción del Modelo Estándar con un 95% de fiabilidad estadística. Este avance no solo demuestra el enorme reto experimental que supone estudiar una señal tan débil entre millones de colisiones, sino que también confirma que las técnicas desarrolladas (desde el uso combinado de múltiples canales hasta métodos avanzados de inteligencia artificial para la identificación de leptones, la reconstrucción de desintegraciones del bosón de Higgs o la discriminación entre señal y ruido) están funcionando al nivel requerido para futuras búsquedas.
En escenarios alternativos donde la interacción entre el Higgs y el quark top tendría un comportamiento diferente al predicho por el Modelo Estándar, como aquellos en los que esta interacción cambiaría al invertir materia por antimateria (lo que se conoce como una componente CP-impar), el experimento obtiene una cota superior aún más restrictiva con respecto al escenario del Modelo Estándar, de 2.4. Aunque estas cifras indican que aún no se puede afirmar su observación experimental, representan un avance esencial, porque demuestran que la sensibilidad del experimento está mejorando rápidamente y que los métodos desarrollados ya alcanzan el nivel requerido para que futuras campañas de datos, especialmente en el LHC de alta luminosidad (HL-LHC de sus siglas en inglés), permitan estudiar con mucha mayor sensibilidad el acoplamiento entre el bosón de Higgs y el quark top, una de las interacciones más importantes para comprender por qué las partículas tienen masa y qué papel juega el bosón de Higgs en la evolución del Universo.
Fuente: IFIC