Primeras medidas del bosón de Higgs a energía récord

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Los científicos y científicas de la colaboración ATLAS, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), han realizado nuevas medidas de la tasa de producción de bosones de Higgs a la energía de 13,6 teraelectronvoltios (TeV), un valor récord que ha conseguido alcanzar el acelerador LHC en su tercer periodo de funcionamiento, conocido como Run 3.

Los resultados, presentados por primera vez en la conferencia LHCP celebrada en mayo y publicados esta semana en la revista European Physical Journal C, se han obtenido a partir de la muestra de datos recogida durante este nuevo ciclo de operaciones del LHC, que inició en julio de 2022. Representan las primeras medidas de la producción del bosón de Higgs a esta nueva energía.

El nuevo estudio publicado combina el análisis de dos de los ‘rastros’ más distintivos que produce el bosón de Higgs al desintegrarse en otras partículas. De hecho, estos son los mismos modos de desintegración que permitieron a ATLAS descubrir el bosón de Higgs en 2012.

Aunque la probabilidad de que el bosón de Higgs se desintegre a través de estos dos procesos es muy pequeña, el detector ATLAS fue diseñado para identificar y medir con gran eficiencia y precisión las partículas que emergen de estos procesos. Este potencial permite a la comunidad investigadora en física estudiar con gran detalle las propiedades del higgs a través del análisis de ambos procesos.

El primer paso en el estudio es medir las tasas de producción del bosón de Higgs dentro de la cobertura del detector ATLAS. Estas medidas, a su vez, permiten comprender el rendimiento de todos los componentes del detector.

Al analizar estos eventos de desintegración, se espera que la ‘señal’ del bosón de Higgs aparezca en las gráficas como una acumulación de sucesos -un pico- sobre unos valores de fondo. Este pico se sitúa alrededor de los 125 GeV, el valor de la masa del bosón de Higgs.

Los nuevos resultados han permitido probar el rendimiento del detector ATLAS en las nuevas condiciones de adquisición de datos del Run 3 y posibilitan el estudio de la física del bosón de Higgs a una energía sin precedentes de 13,6 TeV.

Contribución española del IFIC

Salvador Martí García, investigador científico del CSIC en el Instituto de Física Corpuscular (CSIC–Universitat de València), ha contribuido directamente en este estudio como experto en la alineación del detector y la calibración de muones del experimento ATLAS.

“Para poder observar una señal distintiva del bosón de Higgs sobre el fondo, necesitamos medir las propiedades de las partículas resultantes de la desintegración del Higgs con gran precisión. Por lo tanto, nuestro detector debe estar alineado con la máxima exactitud, lo que significa alcanzar el nivel de una micra para los componentes más sensibles del detector”, declara el investigador. Y añade: “Lo hemos conseguido gracias a un trabajo meticuloso y a la experiencia adquirida a lo largo de los años".

Por su parte, Carmen García García, profesora de investigación del CSIC en el IFIC y líder del grupo ATLAS de Valencia, destaca: "Nuestro grupo está muy comprometido con el experimento ATLAS y participa en el análisis de la física, los estudios de rendimiento del detector y su funcionamiento. Es una gran satisfacción observar que todo nuestro esfuerzo da sus frutos".

Siguientes pasos

Estos resultados representan el primer conjunto de medidas del bosón de Higgs registrado a la nueva energía de 13,6 TeV, la más alta jamás alcanzada en un colisionador de física de partículas. A su vez, allanan el camino para mediciones cada vez mejores.

"Ahora que hemos observado este proceso de desintegración del bosón de Higgs, podemos escrutar con detalle las propiedades de las partículas finales que aparecen como producto de la desintegración y comprobar si se comportan como predice el modelo estándar. También tenemos previsto estudiar otro proceso que involucra al higgs y que produce una señal experimental similar, pero que nos permitirá analizar uno de los procesos más raros de desintegración de este bosón”, adelanta Martí-García.