Després de l’aldarull mediàtic de l’estiu passat, quan es va anunciar el descobriment d’una nova partícula que “s’assembla al bosó de Higgs”, podria pensar-se que es tracta d’un tema científicament conclòs i que els físics de partícules s’orientaven cap a altres objectius. Res més lluny de la realitat (encara que per descomptat es treballa en altres línies també). Després d’este anunci les col·laboracions ATLAS i CM de l’LHC1 han continuat analitzant les dades de les col·lisions registrades l’any passat, refinant i ampliant les mesures, per a intentar conéixer amb més detall les propietats d’esta nova partícula i comprovar si es comporta exactament segons el que ha predit el model estàndard de la física de partícules (SM d’ara en avant), de manera que podem afirmar amb certesa que la partícula observada és el bosó de Higgs. Per mitjà d’estes línies intentaré resumir els nous resultats que s’han presentat en diferents conferències internacionals, que seran publicades en breu i que van portar al CERN a emetre una nota de premsa en què s’anunciava: “Nous resultats indiquen que la partícula trobada en el CERN és el bosó de Higgs”.
En primer lloc, l’acumulació de més dades va confirmar, més enllà de qualsevol dubte, l’existència d’esta nova partícula. El senyal, encara que tènue, es fa evident i es té la certesa que és impossible que siga produït per un altre tipus de partícula coneguda o per errors experimentals. El procés observat no és degut a res conegut fins ara.
D’altra banda, ambdós experiments comencen a proporcionar mesures raonablement precises de la secció eficaç de producció (que mesura com és de probable és el procés), paràmetre que prediu l’SM amb gran precisió. Encara que ATLAS obté un valor lleugerament més alt i CM un lleugerament més baix, les mesures són compatibles amb les prediccions. A més, es comencen a observar processos de producció menys probable, també d’acord amb les prediccions, els anomenats VBH (producció per fusió de bosons vectorials Z o W) i VH (producció d’un bosó de Higgs acompanyat d’un bosó Z o W). El ritme de producció és compatible amb l’esperat per a un bosó de Higgs.
Un dels detectors de l'LHC, CM, durant el muntatge.
La partícula observada, igual que el bosó de Higgs, és inestable i es desintegra immediatament a altres partícules per distints processos, anomenats canals de desintegració. El descobriment es va realitzar fonamentalment basant-se en els canals ZZ i γγ en què el Higgs es detecta per la seua desintegració a parells de bosons Z o de fotons. S’han refinat estes mesures i, a més, s’han afegit les d’altres canals com el WW (dos bosons W), bb (parells de quarks beauty) o ττ (parells de leptons tau). Contràriament a alguns indicis inicials, en cap dels casos s’observen desviacions significatives d’allò que s’ha esperat per a l’SM. De tots estos resultats s’ha derivat informació sobre la intensitat dels adaptaments a bosons i fermions (com de fort interacciona el Higgs amb cada tipus de partícula) i, una vegada més, no hi ha desviacions de l’SM (imatge superior). Es desintegra segons el que s’espera.
S’ha mesurat la massa d’esta partícula amb prou precisió, situant-la entre 125 i 126 GeV/c2 (unes 135 vegades la massa del protó). Encara que l’SM no proporciona una predicció sobre la massa del Higgs (este és un dels motius de la dificultat de la seua busca), el valor obtingut està dins del (ampli) rang permés per les anomenades mesures de precisió del model.
Finalment, més novament i probablement més important, s’han començat a realitzar mesures del spin i la paritat de la partícula trobada. El spin i la paritat són propietats quàntiques que determinen la naturalesa fonamental d’una partícula. Dins de l’SM, el Higgs ha de ser un escalar, això és, ha de ser una partícula de spin zero i paritat positiva. Si la partícula observada tinguera altres propietats es comportaria d’una manera distinta i no podria explicar el mecanisme d’adquisició de massa tal com s’espera del Higgs en l’SM. De l’estudi de correlacions angulars en les desintegracions de canals bosònics s’ha exclòs la majoria de les combinacions spin/paritat possibles, i dels casos restants el més favorable és precisament el desitjat (un exemple es mostra en la figura 2). Encara no es pot confirmar al 100%, però tot indica que efectivament l’estat observat correspon amb un bosó escalar. Quasi amb seguretat, té el spin i la paritat d’un bosó de Higgs.
Figura 2: Intensitat dels adaptaments del Higgs a bosons i fermions mesurats respecte a l'SM (el punt 1,1 representa allò que ha predit el SM) obtinguts per la col·laboració CM. La creu marca el resultat obtingut. Cada una de les zones pintades representa l'àrea permesa dins d'un interval de confiança al 68% per una de les desintegracions observades. La zona grisa representa este interval per a la combinació de totes les zones i inclou el punt (1,1) de la predicció de l'SM.
El conjunt d’estes mesures ha portat el director general del CERN a emetre l’esmentada nota de premsa, encara que per a alguns físics per a tindre la total seguretat encara falta provar un poc més. Això està relacionat amb la propietat bàsica del Higgs, de,l fet que interacciona amb altres partícules de forma proporcional a la seua massa al quadrat. Les dades de què es disposa són insuficients per a provar o desmentir este aspecte. L’LHC es troba en estos moments en parada tècnica per a augmentar les seues prestacions, tant en energia com en lluminositat. Al mateix temps, desenes de físics treballen a dissenyar nous algoritmes per a analitzar les col·lisions que s’espera proporcione l’LHC en 2015 en condicions mai abans aconseguides, per a continuar aclarint estos aspectes.
Figura 3: Distribucions esperades per al test estadístic de la hipòtesi que la partícula observada siga escalar (0+) o tinga altres combinacions de spin i paritat (0-, 1-, 2+), la fletxa assenyala el resultat obtingut amb les dades, en perfecte acord amb la hipòtesi de 0+.
En resum, tot i que encara queden aspectes que confirmar, cada vegada es coneixen millor les propietats d’esta nova partícula i tots els resultats són compatibles amb allò que s’ha esperat per al bosó de Higgs. Pareix que queda poc per a tancar una de les qüestions que més temps porta preocupant els físics de partícules, l’origen de la massa. Però encara hi ha més temes per resoldre: és l’SM el model últim per a explicar el món subatòmic?, hi ha la supersimetria?, per què a penes hi ha antimatèria en l’univers?, què és la matèria fosca?, i l’energia fosca?, el nostre món és realment de quatre dimensions?… Tal vegada, l’LHC puga proporcionar respostes a moltes d’estes preguntes els pròxims anys.
Referències: Els resultats ací mencionats encara no han sigut publicats en revistes científiques convencionals o ho han sigut només de forma parcial, es basen en els resultats enviats a la sèrie de conferències “Rencontres de Moriond” que poden trobar-se en les respectives pàgines www de les col·laboracions ATLES i CM
© 2013 Conec. Tots els drets reservats.
(1) Cal recordar que distintes universitats i centres d’investigació espanyols participen en estos experiments. En ATLES participen l’Institut de Física Corpuscular (IFIC, centre mixt del CSIC i la Universitat de València), l’Institut de Microelectrònica de Barcelona (CNM-IMB-CSIC), Institut de Física d’Altes Energies (IFAE, consorci Generalitat de Catalunya i Universitat Autònoma de Barcelona) i la Universitat Autònoma de Madrid (UAM). En CM participen el Centre d’Investigacions Energètiques, Mediambientals i Tecnològiques (CIEMAT), l’Institut de Física de Cantàbria (IFCA, centre mixt del CSIC i la Universitat de Cantàbria), la Universitat d’Oviedo i la UAM.
Referències: Els resultats ací mencionats encara no han sigut publicats en revistes científiques convencionals o ho han sigut només de forma parcial, es basen en els resultats enviats a la sèrie de conferències “Rencontres de Moriond” que poden trobar-se en les respectives pàgines www de les col·laboracions ATLES i CM
No comments yet.