Mesuren per primera vegada com la massa d’una partícula elemental de la matèria canvia a energies molt altes

25/03/2022

Investigadors de l’Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) mesuren per primera vegada la massa del quark b (de l’anglès bottom quark) –un dels constituents bàsics de la matèria– a partir de les interaccions amb el bosó de Higgs; i confirmen, com prediu la teoria, que aquesta massa pot variar. El treball, publicat a Physical Review Letters, es va fer en col·laboració amb investigadors de les universitats de Viena i Tohoku, i amb l’Institut Paul Scherrer.

El Model Estàndard de la física de partícules, la teoria que descriu millor la matèria visible de l’Univers, prediu que moltes de les propietats de les partícules tenen valors diferents segons l’energia a què s’observen. Això també passa amb la massa de les partícules elementals, i ho acaba de confirmar un grup multidisciplinari d’investigadors teòrics i experimentals de l’Institut de Física Corpuscular (IFIC) –centre mixt de la Universitat de València (UV) i el Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC)–, gràcies a l’accelerador de partícules més potent del món, el Gran Col·lisionador d’Hadrons del CERN (LHC). Allí han observat com un bosó de Higgs es desintegra en quarks b, un dels constituents fonamentals de la matèria.

Combinant aquestes observacions amb altres obtingudes a LEP, l’anterior accelerador del CERN, els investigadors de l’IFIC, en col·laboració amb investigadors de les Universitats de Viena (Àustria) i Tohoku (Japó), i l’Institut Paul Scherrer (Suïssa), han mesurat la massa del quark b amb una precisió del 14%, i han confirmat a més que és més lleuger a energies més altes. El valor obtingut és compatible amb les prediccions del Model Estàndard i descarta la hipòtesi que la massa no canvie amb l’energia. Aquest treball el va presentar Marcel Vos, investigador de l’IFIC, a la prestigiosa conferència Rencontres de Moriond (França), i s’acaba de publicar a la revista Physical Review Letters.

“Demostrar que les masses de les partícules elementals canvien en funció de l’energia de l’experiment és, en primer lloc, una prova clara del comportament quàntic. Mesurar a més aquest canvi amb gran precisió permet, d’una banda, sotmetre a un test d’estrès la validesa de les prediccions del Model Estàndard i, de l’altra, intuir la possible existència de noves partícules o forces en cas que les dades es desvien de l’evolució esperada”, assenyala Germán Rodrigo, investigador de l’IFIC.

L’anàlisi duta a terme pels investigadors de l’IFIC també inclou un estudi prospectiu sobre les millores que podrien derivar-se de les noves dades que l'LHC obtindrà els propers anys, així com de futurs col·lisionadors que puguin actuar com a ‘fàbriques de Higgs’ en què es generin grans quantitats d’aquestes partícules, la qual cosa permetria estudiar en molt més detall les masses dels quarks a altes energies.

Referencia:

Aparisi, J. Fuster, A. Hoang, A. Irles, C. Lepenik, G. Rodrigo, M. Spira, S. Tairafune, M. Vos, H. Yamamoto and R. Yonamine, mb at mH: the running bottom quark mass and the Higgs boson, Phys. Rev. Lett. 128, 122001. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.122001

FOTO: Recreació de l’interior del túnel de l’LHC, on es van produir les col·lisions que han donat lloc a aquests resultats. Crèdits: CERN.