Desde el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 (os recomendamos esta entrevista para profundizar en el tema), los científicos de las colaboraciones ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) han trabajado arduamente para caracterizar sus propiedades y buscar las diversas formas en que esta partícula efímera puede descomponerse. Desde la desintegración copiosa pero experimentalmente desafiante en quarks b, hasta la desintegración exquisitamente rara pero de fondo bajo en cuatro leptones, cada uno ofrece una vía diferente para estudiar las propiedades de esta nueva partícula. Ahora, ATLAS ha encontrado la primera evidencia de que el bosón de Higgs se descompone en dos leptones (ya sea un electrón o un par de muones con carga opuesta) y un fotón. Conocida como «desintegración de Dalitz», esta es una de las desintegraciones del bosón de Higgs más raras que se hayan visto hasta ahora en el LHC.
Para este análisis, los físicos de ATLAS apuntaron a una desintegración del bosón de Higgs mediada por un fotón virtual. En contraste con el fotón sin masa estable y familiar, esta partícula virtual típicamente tiene una masa muy pequeña (pero distinta de cero) y se desintegra instantáneamente en dos leptones.
Los físicos de ATLAS buscaron en el conjunto de datos completo del LHC Run 2 eventos de colisión con un fotón, así como con dos leptones cuya masa combinada fuera inferior a 30 GeV. En esta región, las desintegraciones con fotones virtuales deberían dominar otros procesos que producen el mismo estado final. ATLAS midió una tasa de señal del bosón de Higgs en este canal de desintegración que es 1,5 ± 0,5 veces la expectativa del modelo estándar. La probabilidad de que la señal observada haya sido causada por una fluctuación en el fondo es de 3,2 sigma, menos de 1 en 1000.
El análisis de esta desintegración del bosón de Higgs permitirá a los investigadores mejorar su comprensión de los orígenes de la violación de la simetría CP
Con una gran cantidad de datos que se esperan del próximo programa LHC de alta luminosidad, el estudio de las raras desintegraciones del bosón de Higgs se convertirá en la nueva norma. Esto permitirá a los físicos pasar de informar sobre la evidencia de su existencia, a confirmar su observación y realizar estudios detallados de las propiedades del bosón de Higgs, lo que conducirá a pruebas cada vez más estrictas del Modelo Estándar.
La observación de la desintegración del bosón de Higgs en un fotón y un par de leptones permitirá a los físicos estudiar la simetría de paridad de carga (CP). La simetría CP es una forma de decir que la imagen especular de las partículas que interactúan, donde las partículas son reemplazadas por sus antipartículas, debe verse exactamente igual que la interacción original. Esta era una suposición natural hasta 1964, cuando los físicos que estudiaban las partículas de kaones notaron, para su gran sorpresa, que este no era el caso en el mundo de la física de partículas. Desde entonces, los físicos han aprendido que la violación de la simetría CP es una firma de la interacción electrodébil y la han incorporado al Modelo Estándar.
Pero con el bosón de Higgs decayendo en tres partículas, dos de las cuales están cargadas, los físicos podrán examinar si las desintegraciones tienen una dirección dominante, lo que permitirá a los investigadores mejorar su comprensión de los orígenes de la violación de la simetría CP y tal vez incluso conducir a pistas para nueva física más allá del modelo estándar.
Fuente: ATLAS (CERN).
