En 2012 el CERN anunciaba el histórico descubrimiento del bosón de Higgs, la última partícula del Modelo Estándar que faltaba para descubrir. Trece años después se ha publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters un estudio realizado por la colaboración ATLAS del CERN, con participación destacada del IFIC, centro de investigación del Parc Científic de la Universitat de València, que identifica una desintegración muy extraña de esta partícula subatómica
En particular, lo que se ha observado en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es una desintegración del bosón de Higgs en un muón y un antimuón, es decir, en una pareja compuesta por una partícula y su antipartícula. Lo interesante de esta observación es la bajísima probabilidad de que ocurra: el proceso H→μ+μ- tiene solo un 0.022% de probabilidad de suceder (según el modelo estándar). El estudio de esta desintegración tan rara es especialmente interesante porque nos abre una nueva ventana para ver cómo el Higgs interacciona con los fermiones de la segunda generación (un grupo de partículas que engloba a los muones, a algunos tipos de quarks y al neutrino muónico).
El análisis
Este modo de desintegración es el más raro de los posibles modos de desintegración del Higgs que se han observado hasta ahora. Anteriormente, la colaboración ATLAS había estudiado el acoplamiento del bosón de Higgs con fermiones (proceso conocido como acoplamiento de Yukawa), pero con fermiones más pesados. Para poder observar el acoplamiento de Yukawa con los muones, se ha tenido que analizar conjuntamente los datos del Run2 y las del Run3 del LHC (los Runs del LHC son sus periodos activos, donde recoleta datos de colisiones, seguidos de paradas técnicas). Este análisis ha sido todo un reto puesto que las condiciones del detector no se han mantenido estables durante toda la toma de datos. En particular, han cambiando la energía (13 y 13.6 TeV) y la intensidad de los flujos.
"Este resultado representa un paso más adelante para comprender mejor el acoplamiento de Yukawa en el modelo estándar y entender mejor la estructura de la materia", Salvador Martí, investigador del IFIC
Por otro lado, la identificación de un fenómeno tan poco frecuente es extremadamente compleja. Hay que extraer una señal débil que está soterrada por un enorme ruido de fondo, que proviene de otros procesos que dan un estado final semejante. Salvador Martí, investigador científico del CSIC y miembro del equipo del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro de investigación del Parc Científic de la Universitat de València (PCUV), que ha participado y liderado parte del análisis aclara que: «como la señal H→μ+μ- es tan débil, y el fondo del modelo estándar tan grande, hemos tenido que combinar todos los procesos de producción para alcanzar un nivel de significancia de 3.4 σ, y estudiar cada proceso minuciosamente». Un ingrediente importante del análisis ha sido la calibración de los muones registrados por ATLAS. Conociendo con mucha precisión las energías de estas partículas ha sido más fácil identificar el fenómeno, puesto que ha permitido discernir en la distribución de la masa invariante de los muones un pequeño pico que corresponde a la señal de H→μ+μ-, que destaca sobre el gran fondo.
Tamar Zakareishvili, también del IFIC, comenta que para conseguir una buena resolución en el momento de los muones: «hemos afinado muchísimo nuestra calibración estudiando los sesgo que inicialmente teníamos con las desintegraciones del Z y J/ψ a μ+μ- ». Este resultado, comenta de nuevo Salvador Martí, «representa un paso más adelante para comprender mejor el acoplamiento de Yukawa en el modelo estándar y entender mejor la estructura de la materia».
Fuente: IFIC
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