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Miden por primera vez la masa de uno de los constituyentes básicos de la materia con la ayuda del bosón de Higgs

Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universidad de Valencia) han registrado la masa del quark bottom con una precisión sin precedentes a partir de sus interacciones con el bosón de Higgs. Además han comprobado que este quark es más ligero a energías más altas, confirmando que las masas de las partículas elementales cambian en función de la energía a la que se observan.

Recreación del interior del túnel del gran colisionador de hadrones (LHC), donde se produjeron las colisiones que han dado lugar a estos resultados. / CERN

El modelo estándar de la física de partículas, la teoría que mejor describe la materia visible del Universo, predice que muchas de las propiedades de las partículas tienen valores diferentes según la energía a la que se observan.

Esto ocurre también con la masa de las partículas elementales, y lo acaba de confirmar investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia) gracias al acelerador de partículas más potente del mundo, el gran colisionador de hadrones (LHC) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en la frontera franco-suiza.

Observando algunas desintegraciones del bosón de Higgs en el LHC, se ha medido la masa del quark bottom con una precisión del 14 %, confirmando, además, que es más ligero a energías más altas

Allí han observado cómo un bosón de Higgs se desintegra en quarks bottom, uno de los constituyentes fundamentales de la materia.

Combinando estas observaciones con otras obtenidas en el antiguo gran colisionador de electrones y positrones (LEP) del CERN, los investigadores del IFIC, en colaboración con científicos de las universidades de Viena (Austria) y Tohoku (Japón) y el Instituto Paul Scherrer (Suiza), han medido la masa del quark bottom con una precisión del 14 %, confirmando, además, que el quark bottom es más ligero a energías más altas. 

El valor obtenido es compatible con las predicciones del modelo estándar, y descarta la hipótesis de que la masa no cambie con la energía con una certidumbre de casi 7 desviaciones estándar (lo que se considera un resultado consolidado en física de partículas). Este trabajo lo presentó Marcel Vos, investigador del IFIC, en la prestigiosa conferencia Rencontres de Moriond en Francia y se acaba de publicar en la revista Physical Review Letters

La masa cambia según la energía del experimento

“Demostrar que las masas de las partículas elementales cambian en función de la energía del experimento es, en primer lugar, una prueba clara de su comportamiento cuántico. Medir además ese cambio con gran precisión permite, por un lado, someter a un test de estrés la validez de las predicciones del modelo estándar y, por otro, intuir la posible existencia de nuevas partículas o fuerzas en caso de que los datos se desvíen de la evolución esperada”, señala Germán Rodrigo, investigador del IFIC.

Demostrar que las masas de las partículas elementales cambian en función de la energía del experimento es una prueba clara de su comportamiento cuántico

Germán Rodrigo (IFIC)

En física, la masa y el peso de un objeto representan dos propiedades diferentes. La masa es una medida de la cantidad de materia que contiene el objeto, mientras que el peso es una medida de la fuerza gravitatoria a la que está sometido. Según las leyes de Newton, esa fuerza gravitatoria (o peso) es proporcional a la masa, por lo que ambos conceptos suelen utilizarse indistintamente, aunque se trata de cosas diferentes.

Un objeto a nivel del mar es algo más pesado que en la cima del Everest donde está más alejado del centro de la Tierra. En la superficie de la Luna, donde la intensidad de la fuerza gravitatoria es seis veces menor que en la Tierra, su peso es, en consecuencia, seis veces menor. Su masa, en cambio, es una cantidad invariable, característica del objeto e independiente del lugar en el que se encuentre.

En el mundo microscópico ocurre algo similar. Aunque la fuerza de la gravedad no suele ser relevante entre las partículas elementales, estas se encuentran sometidas a otras fuerzas fundamentales como la fuerza fuerte, la débil y la electromagnética. La intensidad de estas fuerzas no siempre es la misma, depende en gran medida de la energía a la que las partículas elementales se aceleran y colisionan entre sí. 

Referencia:

Javier Aparisi et al. “mb at mH: the running bottom quark mass and the Higgs boson”. Phys. Rev. Lett., 2022

Fuente: IFIC (CSIC-UV)
Derechos: Creative Commons.
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