• Imprimeix

Observen la interacció entre el bosó de Higgs i el quark top

Científics del Gran Col·lisionador d’Hadrons (Large Hadron Collider o LHC), situat a la frontera entre França i Suïssa, han anunciat l'observació de successos amb un bosó de Higgs produït juntament amb un parell de quarks top. Aquest esdeveniment el van detectar de manera independent els dos principals equips internacionals que treballen a l’LHC: el CMS i l’Atlas, i permet als físics comprovar paràmetres crítics del mecanisme de Higgs en el model estàndard.

26/09/2018 14:09
R140_CIENCIA_bossó Higgs quark cima

Una simulació del detector CMS del Gran Col·lisionador d’Hadrons que mostra com es preveu que siguin les traces del bosó de Higgs / Lucas Taylor / CERN a la Wikipedia

Aquest model afirma que el bosó de Higgs participa en el procés de producció de les masses de totes les partícules, una característica que només té aquest bosó. A més, el Higgs actua amb les altres partícules de manera proporcional a la seva massa: com més pesant sigui la partícula, més gran serà la interacció amb el bosó. Amb les partícules petites, l’acoblament és petit i, per tant, és difícil de mesurar; en canvi, el quark t és una partícula molt pesant (amb una massa superior a 172 GeV/c²), més, fins i tot, que el mateix bosó de Higgs (la segona partícula més pesant coneguda, amb una massa del voltant de 125 GeV/c²).

El repte dels investigadors per aconseguir la interacció entre aquestes dues partícules només va ser possible augmentant l’energia de l’LHC, ja que com més energia emet el col·lisionador, millor és la definició entre els dos punts observats.

El resultat de l’experiment va ser una gran confirmació del model estàndard de la física de partícules, ja que es va demostrar que el Higgs s’acobla proporcionalment a la massa del quark t. Però arribar a aquest resultat ha significat la superació de grans dificultats per part dels investigadors. La primera dificultat és que les tres partícules resultants de la col·lisió (el quark t, l’antiquark t i el bosó de Higgs) decauen molt ràpidament en altres objectes. El quark t decau en el bosó W i el quark b. El W, al seu torn, decau en altres partícules.

Ara bé, el quark b és un objecte produït abundantment en les col·lisions de protons. Per aquest motiu, un gran repte per als investigadors consisteix a distingir el quark b originat del quark t d’un teló de fons extremament abundant de quarks b. Així mateix, el bosó de Higgs també decau en diversos objectes. Tot això en un context en el qual hi ha al voltant de 40 interaccions que transcorren al mateix temps. Per tant, l’estat final detectat és summament complex i requereix una enginyeria d’anàlisi de macrodades molt important perquè el senyal que interessa cercar pugui extreure’s d’aquest escenari sobreabundant de dades.

El grup d'ATLAS de l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE) participa en els estudis de producció de quarks top associats amb el bosó de Higgs des de 2011. Des de llavors, i en particular en el resultat presentat ara, el grup de l’IFAE s'ha centrat en l'estudi de la cadena dominant de desintegració del bosó Higgs a una parella de quarks bottom. 

El bosó de Higgs, anomenat així en homenatge al físic britànic Peter Higgs, nascut el 1929 i Premi Nobel de Física del 2013, va ser incorporat al model estàndard de la física de partícules en la dècada del 1960 per resoldre un problema teòric abstracte: que el model contingués un ingredient capaç de dotar de massa les partícules que havien de tenir massa i, al mateix temps, que seguís sent «renormalitzable», és a dir, que seguís tenint la capacitat de formular prediccions.

Van ser necessaris 45 anys fins que la partícula finalment va ser detectada i anunciada, el dia 4 de juliol del 2012, però fins ara no hi havia hagut cap hipòtesi alternativa que alhora dotés de massa les partícules i expliqués la interacció entre aquestes. 

A. M. Sirunyan et al.,Observation of top + top antiquark + H Production.
Phys. Rev. Lett. 121, 231801 (2018). DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.231801