Investigadores de TAU mejoran la comprensión de la ‘partícula de Dios’ en el CERN

Enlace Judío.- Investigadores de la Universidad de Tel Aviv (TAU) han encontrado nuevos conocimientos sobre el comportamiento de la partícula del bosón de Higgs (comúnmente conocida como la “partícula de Dios”) en un nuevo estudio, anunció la universidad el domingo.

Los científicos encontraron que la desintegración del bosón de Higgs en quarks “encantadores” no se desvía del Modelo Estándar de física de partículas.

El bosón de Higgs es una partícula que se teoriza como responsable de permitir que las partículas se agrupen para formar estrellas, planetas y otros cuerpos. Los investigadores están investigando la desintegración del bosón de Higgs en un par de partículas elementales llamadas quarks encantadores.

El estudio fue realizado como parte del experimento ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el centro de investigación del CERN por el profesor Erez Etzion y los estudiantes de doctorado Guy Koren, Hadar Cohen y David Reikher de la Escuela de Física y Astronomía Raymond y Beverly Sackler, la Facultad de Ciencias Exactas Raymond y Beverly Sackler, en la Universidad de Tel Aviv. El profesor Eilam Gross del Instituto de Ciencias Weizmann colaboró ​​con el equipo de investigación, publicó The Jerusalem Post.

El “encanto” es uno de los seis “sabores” o tipos de quarks en el Modelo Estándar de física de partículas. Los quarks se dividen en tres “generaciones” diferentes. La primera generación contiene quarks con las masas más pequeñas: “arriba” y “abajo”. La segunda generación, con mayor masa, contiene los quarks “encanto” y “extraño”. La tercera generación contiene los más pesados, los quarks “top” (verdad) y “bottom” (belleza).

El bosón de Higgs es una partícula elemental relativamente pesada y se puede crear en colisiones entre protones, siempre que la energía del acelerador sea lo suficientemente alta. “Es interesante investigar en qué tipos de partículas se desintegra el Higgs y con qué frecuencia se desintegra en cada tipo de partícula”, dijo Koren en un comunicado de prensa. “Para ayudar a responder esa pregunta, nuestro grupo está tratando de medir la velocidad a la que el bosón de Higgs se descompone en partículas llamadas ‘quarks encantadores‘”.

Koren enfatizó que esta no es una misión simple. “Es un proceso muy raro: solo una de cada miles de millones de colisiones termina con la creación de los bosones de Higgs, y solo el tres por ciento de los bosones de Higgs que emergen se descompondrán en quarks encantadores”, dijo Koren. “Además, hay otros cinco tipos de quarks, y el problema es que todos dejan firmas similares en nuestros detectores. De modo que incluso cuando este proceso efectivamente se lleva a cabo, nos cuesta mucho identificarlo”.

Los investigadores aún no han identificado suficientes desintegraciones de los bosones de Higgs en quarks encantadores para medir la velocidad del proceso con la precisión estadística requerida, pero han encontrado datos suficientes para establecer cuál es la velocidad máxima del proceso con respecto a las predicciones teóricas.

El estándar de oro de la física de partículas son cinco desviaciones estándar, también conocidas como cinco sigma, lo que significa que hay una probabilidad de 1 entre 3,5 millones de que la medición sea una coincidencia estadística.

Si se encuentra que la tasa de desintegración es más alta que la tasa prevista, podría constituir un indicador importante de física “nueva” o expansiones del Modelo Estándar. Los investigadores han concluido con una certeza estadística bien definida que no hay “posibilidad” de que la tasa de desintegración sea superior a 8,5 veces las predicciones teóricas, ya que se habrían observado suficientes desintegraciones de este tipo para medirlo si este fuera el caso.

“Puede que esta no suene como una declaración tan emocionante, pero es la primera vez que alguien ha logrado decir algo importante sobre la tasa de esta desintegración específica basada en una medición directa de la misma, por lo tanto, es una declaración muy importante y significativa en nuestro campo”, dijo Koren.

Etzion explicó en el comunicado de prensa que se predice que la tasa de desintegración del bosón de Higgs será proporcional a la masa (al cuadrado) de las partículas en las que se desintegra. “Por lo tanto, esperamos que en la mayoría de los casos se descomponga en partículas más pesadas (más livianas que el bosón de Higgs), y solo en raras ocasiones se descompondrá en partículas ligeras”.

Los resultados que encontró el equipo confirman esta predicción, según Etzion, con suficientes desintegraciones de Higgs en los quarks pesados ​​de tercera generación observados para verificar su existencia y medir su velocidad.

“La tasa de hecho se corresponde con las predicciones teóricas, pero el juego no ha terminado, ya que aún no se ha observado las desintegraciones de Higgs en quarks de segunda (o primera) generación. Y, por lo tanto, todavía no podemos estar seguros de que las mismas ‘reglas’ se apliquen a quarks de esas generaciones”, añadió Etzion.

“Si de repente descubrimos que el bosón de Higgs se desintegra en ellos a una velocidad que no es proporcional al cuadrado de su masa, podría haber implicaciones de gran alcance para nuestra comprensión del universo y, en particular, sobre la forma en que las partículas elementales obtienen su masa”, dijo Etzion. “Esta es también la razón por la que estamos invirtiendo tantos esfuerzos para caracterizar la desintegración de los bosones de Higgs en quarks encantadores: este es el quark más pesado en el que aún no se ha medido la tasa de desintegración”.

El nuevo estudio es el último de una serie de investigaciones pioneras que se han publicado en el CERN en los últimos meses.

En julio, el experimento de belleza del Gran Colisionador de Hadrones (LHCb) en el CERN presentó el descubrimiento de una nueva partícula que es la materia exótica más longeva jamás descubierta, etiquetada como Tcc+, un tetraquark, un hadrón exótico que contiene dos quarks y dos antiquarks. La partícula también es la primera en contener dos quarks pesados ​​y dos antiquarks ligeros.

Los hadrones se forman a partir de quarks. Tcc+ contiene dos quarks charm y un antiquark up y down. Los quarks Charm (de segunda generación) son más pesados ​​que los quarks up y down (de primera generación). A esto se le llama “amuleto abierto doble”. Mientras que las partículas con un quark de encanto y un antiquark de encanto tienen un número cuántico de encanto que suma cero (conocido como “encanto oculto”), esta partícula tiene un número cuántico de encanto que suma dos.

El descubrimiento de la nueva partícula allana el camino para la búsqueda de partículas más pesadas del mismo tipo, con uno o dos quarks encantadores reemplazados por quarks inferiores, que podrían tener una vida mucho más larga que cualquier hadrón exótico previamente observado.

En marzo, físicos de las universidades de Cambridge, Bristol y el Imperial College de Londres que participaron en el experimento LHCb en el CERN publicaron un artículo que afirmaba que los datos del LHC sugerían una violación del modelo estándar, lo que puede apuntar a la existencia de nuevas partículas. o una nueva fuerza de la naturaleza. El documento aún no ha sido revisado por pares.

Los científicos encontraron evidencia de que los quarks de “belleza” no decaen de la forma en que deberían seguir el Modelo Estándar.

Los quarks de belleza, partículas similares pero más pesadas que los electrones, interactúan con todas las fuerzas de la misma manera, por lo que deberían descomponerse en muones y electrones a la misma velocidad.

Sin embargo, los datos recopilados por el LHCb parecen mostrar que estos quarks se descomponen en muones con menos frecuencia de la que se descomponen en electrones, lo que solo debería ser posible si las partículas desconocidas interfieren y hacen que sea más probable que se descompongan en electrones.

Si bien el modelo estándar no explica aproximadamente el 95% de qué está hecho el universo, es la teoría central actual de la física de partículas. Si los resultados se confirman aún más, podría abrir una nueva área de la física por descubrir.

El LHC es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo, con una longitud de 27 kilómetros. Dos haces de partículas de alta energía viajan a una velocidad cercana a la de la luz dentro del acelerador hasta que chocan, formando nuevas partículas y permitiendo a los físicos estudiar partículas que son inestables y no se pueden observar directamente.

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