El bosón de Higgs: ¿qué hemos aprendido?

Pero, ¿por qué? El bosón de Higgs era la pieza faltante en el Modelo Estándar de las Partículas Elementales, la teoría que actualmente describe de mejor manera los componentes fundamentales de la materia y sus interacciones. Postulado en 1964 para resolver la interrogante sobre el origen de la masa de las partículas elementales, el bosón de Higgs había eludido todo intento de observación experimental.

Con la llegada del LHC y sus experimentos, y con los avances tecnológicos involucrados en ellos, se logró por fin recopilar los suficientes datos y poder afirmar que se había encontrado algo consistente con el bosón de Higgs. Consistente. ¿Por qué la cautela? ¿Es el Higgs o no?

Resulta que responder a esta pregunta no es trivial. Como muchas de las partículas elementales, el bosón de Higgs es inestable. Existe durante un periodo muy corto de tiempo y finalmente se desintegra en otras partículas. El trabajo de los experimentos ATLAS y CMS consistía en observar esas partículas producto del decaimiento con sofisticados detectores y tratar de reconstruir lo que había sucedido durante la colisión de protones. Una especie de trabajo detectivesco en el que buscas resolver un caso observando las pistas encontradas en la escena del crimen.

El problema: hay muchos procesos que resultan en las mismas partículas finales atravesando los detectores. Entonces fue necesario emplear técnicas sofisticadas de análisis estadístico para poder seleccionar los datos que contenían a la señal de entre todo el ruido. Los datos recabados durante la primera corrida del LHC, ocurrida entre 2010 y 2013, fueron suficientes para establecer la observación de la partícula en dos de sus formas de decaimiento. Propiedades como el espín, la masa, las proporciones en las que ocurren los distintos tipos de decaimientos, la forma en la que se produce durante las colisiones, son todas necesarias para caracterizar a la recién descubierta partícula.

La segunda corrida del LHC (2015-2018) nos ha permitido medir muchas de estas propiedades. Pero aún faltan. Para tener certeza de que es el Higgs del Modelo Estándar, y no un Higgs de otra teoría más general, necesitamos seguir tomando datos, seguir midiendo con alta precisión sus propiedades, incluso las más raras. Una de éstas es la producción de un bosón de Higgs junto con la partícula elemental más pesada que existe, un quark top.

En la colaboración CMS, a la que pertenezco, estamos buscando este proceso con mucho interés, ya que nos permitiría medir uno de los parámetros clave de la teoría que podría abrir las puertas a extensiones del Modelo Estándar y a una nueva aventura.

Dra. Cristina Oropeza Barrera, Departamento de Física y Matemáticas, IBERO Investiga, Pluma en colaboración con Integridad Ciudadana AC, @cristyoroba @Integridad_AC