¿Por qué es tan ligero el bosón de Higgs?


¿Por qué el bosón de Higgs es tan liviano? Esa es una de las preguntas que ha estado molestando a los físicos de partículas desde que se descubrió la famosa partícula en 2012. Esto se debe a que la teoría de cómo dicha partícula interactúa con la más masiva de todas las partículas elementales observadas, el quark top, implica correcciones a un nivel fundamental (cuántico) que podría dar como resultado una masa de Higgs mucho mayor que el valor medido de 125 GeV. ¿Cómo de grande? Tal vez tanto como dieciséis órdenes de magnitud más grande que la masa de Higgs medida. Dado que la masa de Higgs es tan ligera, esto sugiere que podrían existir más partículas que cancelen las correcciones cuánticas del quark superior (y otras partículas pesadas).

En un artículo presentado a la revista Physical Review Letters,  la colaboración de ATLAS informa los resultados de una combinación de búsquedas de una nueva partícula llamada un quark top tipo vector que podría ayudar a mantener la luz del bosón de Higgs.

Varias propuestas intentan cancelar las grandes correcciones cuánticas a la masa del bosón de Higgs. Muchos de ellos implican quarks superiores similares a vectores, que son partículas hipotéticas no previstas por el Modelo Estándar de física de partículas. A diferencia del quark top modelo estándar, que siempre se descompone en un quark bottom y un bosón W, los quarks superiores tipo vector se descompondrían en una de tres formas diferentes, si se descompusieran en partículas del modelo estándar. Específicamente, un quark top similar a un vector se descompondría en un quark inferior y un bosón W, o en un bosón Z y un quark top, o aún en un bosón de Higgs y un quark top.

Para maximizar las posibilidades de encontrar quarks superiores similares a vectores, la colaboración ATLAS realizó varios tipos diferentes de búsqueda utilizando datos de colisiones de protones y protones recogidos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en 2015 y 2016 a una energía de 13 TeV, cada búsqueda individual es sensible a un conjunto particular de desintegraciones de partículas. Luego combinaron los resultados para aumentar la sensibilidad a los quarks superiores tipo vector, pero no encontraron signos de ellos.

A pesar de esto, su análisis les permitió expandir el alcance de las búsquedas individuales y colocar los límites inferiores más estrictos en la masa de quarks superiores similares a vectores hasta la fecha. El análisis excluye quarks superiores tipo vector con masas por debajo de aproximadamente 1300 GeV para cualquier combinación de las tres decadencias de quark superiores en partículas del Modelo Estándar. El mejor límite inferior anterior de una búsqueda individual fue de 1190 GeV.

Ahora se volverá más desafiante, para masas que pesan más de 1300 GeV se crea un quark top único tipo vector con más frecuencia que un par. Pero con una gran cantidad de datos procedentes del LHC, la búsqueda continúa.