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| Un candidato a bosón de Higgs transformándose en cuatro muones (líneas rojas). Crédito de la imagen: CERN. |
El bosón de Higgs es peculiar en muchos aspectos. Como la mayoría de las demás partículas elementales, es inestable y solo vive durante un tiempo extremadamente corto, 1,6*10-22 segundos, según el Modelo Estándar de la física de partículas. La medición experimental del tiempo de vida de la partícula es muy importante: permite conocer la fuerza de su interacción con otras partículas y proporciona una ventana para asomarse a la física más allá de la teoría actual. En un nuevo estudio, los físicos de la Colaboración del Solenoide Compacto de Muones (CMS) en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN informan de un valor para la vida de la partícula que tiene una incertidumbre lo suficientemente pequeña como para confirmar que el bosón de Higgs tiene una vida tan corta.
La medición del tiempo de vida del bosón de Higgs ocupa un lugar destacado en la lista de deseos de los físicos de partículas, ya que un valor experimental del tiempo de vida les permitiría no solo comprender mejor la naturaleza de la partícula, sino también averiguar si el valor coincide o no con el predicho por el Modelo Estándar de la física de partículas.
Una desviación de la predicción podría apuntar a nuevas partículas o fuerzas no predichas por el Modelo Estándar, incluyendo nuevas partículas en las que decaería el bosón de Higgs.
Pero no es fácil medir la vida del bosón de Higgs. Por un lado, el tiempo de vida predicho es demasiado corto para ser medido directamente.
Una posible solución consiste en medir una propiedad relacionada llamada anchura de la masa, que es inversamente proporcional al tiempo de vida y representa el pequeño rango de masas posibles alrededor de la masa nominal de la partícula de 125 GeV.
Sin embargo, esto tampoco es fácil, ya que la anchura de masa prevista para el bosón de Higgs es demasiado pequeña para poder medirla fácilmente mediante experimentos.
Además de producirse con una masa igual o cercana a su valor nominal, una partícula de vida corta como el bosón de Higgs también puede producirse con una masa mucho mayor que el valor nominal, aunque las probabilidades de que esto ocurra son menores.
Este efecto -y de hecho también la anchura de la masa de la partícula- es una manifestación de una peculiaridad cuántica conocida como principio de incertidumbre de Heisenberg, y una comparación entre la tasa de producción de estos bosones de Higgs de gran masa (fuera de la cáscara) con la de los bosones de Higgs nominales o cercanos a los nominales (en la cáscara) puede utilizarse para extraer la anchura de la masa del bosón de Higgs y, por tanto, su vida.
Utilizando este método, los físicos de la Colaboración CMS obtuvieron la primera evidencia de la producción de bosones de Higgs fuera del cascarón.
En el estudio, analizaron los datos recogidos por el experimento CMS durante la segunda carrera del LHC, concretamente los datos sobre bosones de Higgs que se transforman en dos bosones Z, que a su vez se transforman en cuatro leptones cargados o en dos leptones cargados más dos neutrinos.
A partir de su resultado, que solo tiene una posibilidad entre 1.000 de ser una casualidad estadística, obtuvieron una vida del bosón de Higgs de 2,1*10-22 segundos.
Este valor, el más preciso hasta la fecha, se ajusta a la predicción del Modelo Estándar y confirma que la partícula tiene efectivamente una vida diminuta.
"Nuestro resultado demuestra que la producción de bosones de Higgs fuera de la cáscara ofrece una excelente manera de medir la vida del bosón de Higgs", dijo el Dr. Pascal Vanlaer, miembro de la Colaboración CMS.
"Y marca un hito en el estudio de las propiedades de esta partícula única".
"Se espera que la precisión de la medida mejore en los próximos años con los datos de las próximas ejecuciones del LHC y con nuevas ideas de análisis".
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