El LHC estrecha la búsqueda del bosón de Higgs

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Recreación de uno de los eventos analizados por el experimento CMS del LHC. Imagen: CMS/CERN

Los principales experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) han presentado en la conferencia de Física de Altas Energías que se celebra estos días en Grenoble (Francia) nuevos datos que estrechan la búsqueda del bosón de Higgs. Esta partícula, que explicaría el origen de la masa, es la pieza que falta por descubrir en el Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas fundamentales y sus interacciones.

Los experimentos ATLAS y CMS no encuentran evidencias significativas de la presencia de esta partícula en un amplio rango de masas. Estos resultados distan de ser definitivos, por lo que el acelerador de partículas del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), deberá recopilar más datos para poder probar o descartar definitivamente la existencia de esta elusiva partícula.

Los experimentos ATLAS y CMS han presentado en Grenoble sus primeros resultados en la búsqueda del bosón de Higgs. Hasta el momento no han encontrado ninguna señal significativa de la presencia de la partícula Higgs en el rango de masas entre los 120 y los 600 GeV (gigaelectronvoltios). El gigaelectronvoltio es una unidad de energía, pero en física de partículas la masa y la energía pueden ser intercambiadas por la idea de equivalencia demostrada por Einstein en su famosa ecuación (E = mc²). Así, la energía de las partículas que giran en el LHC se transforma en las colisiones en nuevas partículas muy masivas que inmediatamente “decaen”, se transforman en otras.

De esta manera los físicos reconstruyen los eventos o sucesos ocurridos en el interior de los experimentos a partir de las partículas resultantes de las colisiones. La existencia del bosón de Higgs se tendrá que observar mediante las partículas resultantes de las colisiones donde se produzca. Esta partícula es, según la teoría que define las partículas elementales y sus interacciones, el Modelo Estándar, la que otorgaría masa al resto mediante el llamado campo de Higgs. Su existencia fue propuesta por el físico Peter Higgs en la década de los sesenta.

Rodeando a la partícula escurridiza

Los resultados de ATLAS permiten descartar, con un nivel de confianza del 95% la existencia de un bosón de Higgs con masas entre 155‐190 GeV y 295‐450 GeV. Por su parte, CMS descarta con el mismo nivel de confianza su presencia en los rangos de masas de 149‐206 GeV y 300‐440 GeV. Sin embargo, en la región de masa entre 120 y 140 GeV, y alrededor de los 250 GeV, ATLAS observa un “moderado exceso de sucesos”, mientras que CMS observa otro “exceso moderado” de eventos por debajo de los 145 GeV.

Según datos obtenidos en otros aceleradores como el Tevatron (EE UU), el rango de masas más probable del bosón de Higgs estaría entre los 114 y 137 GeV, más de 100 veces la masa del protón. Sin embargo, los físicos interpretan estas señales con gran cautela a la espera de más datos y estudios adicionales. Se esperan nuevos resultados para la conferencia internacional Lepton‐Photon, que se celebrará en India a finales de agosto.

Durante 2011 y 2012 el LHC acumulará diez veces más datos, lo que permitirá a los experimentos explorar de forma mucho más precisa la actual frontera de energía en la búsqueda del bosón de Higgs.

A por la antimateria

Pero el LHC no se limita a la búsqueda del bosón de Higgs. El mayor y más potente acelerador de partículas del mundo trata de dar respuestas a algunos de los interrogantes más importantes de la física actual, entre los que se encuentra el de la antimateria. En teoría, durante la creación del Universo en el Big Bang se tuvieron que crear las mismas cantidades de materia como de antimateria, una especie de “reflejo” de la materia igual en todo pero con una carga eléctrica distinta, pero, por razones que se desconocen, el Universo está formado por materia y la antimateria parece haber desaparecido (aunque se crea habitualmente en laboratorio y se emplea en los dispositivos PET).

Uno de los experimentos del LHC, LHCb, ha sido especialmente diseñado para indagar en este problema mediante la producción del quark b, una de las partículas elementales más masivas que se conocen. Los físicos sospechan que deben existir ligeras asimetrías entre materiaantimateria que explicarían el predominio de la materia. LHCb ha observado diferencias en las tasas de producción de quarks b y su antipartícula, el antiquark b.

Los físicos que trabajan en LHC exploran también nuevas posibilidades más allá del Modelo Estándar. Hasta el momento no se han observado aún señales anómalas que evidencien “nueva física”, y los resultados obtenidos dan lugar a nuevos límites a la presencia de nuevas partículas y dimensiones adicionales.

España es el quinto contribuyente al CERN con un 8,9% de su presupuesto, por detrás de Alemania, Reino Unido, Francia e Italia. La participación española en el LHC es promovida de forma coordinada por el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider‐Ingenio 2010 formado por 26 grupos y más de 400 investigadores.