Logran medir la masa del bosón de Higgs con una precisión nunca antes alcanzada

Con una exactitud del 0,09 %, la nueva medición obtenida es la más precisa hasta la fecha de este parámetro clave.

El bosón de Higgs se descompone en dos fotones en el experimento ATLAS. / CERN.

Descubierto hace 11 años, el bosón de Higgs se ha convertido en un elemento crucial para arrojar luz sobre la estructura fundamental del Universo. Ahora, los científicos del CERN han logrado medir su masa con una precisión inusitada hasta hoy: como este parámetro y otras de sus características no están determinadas por el Modelo Estándar de la física, su identificación puede ampliar los horizontes de la ciencia y cambiar nuestra comprensión del cosmos y de las leyes que lo gobiernan.

En el marco de la Lepton Photon Conference realizada en julio de este año, la colaboración ATLAS en el CERN informó cómo ha medido la masa del bosón de Higgs con más precisión que nunca: los experimentos están conduciendo a mediciones cada vez más exactas de la masa del bosón de Higgs desde el descubrimiento de la partícula en 2012 hasta hoy, pero este último estudio confirma un nuevo récord, que alcanza una precisión del 0,09 %.

El bosón de Higgs: un misterio que empieza a revelarse

El bosón de Higgs es una partícula fundamental propuesta en el modelo estándar de física de partículas, que resulta vital para explicar el origen de la masa de las partículas elementales, o sea los componentes básicos y más diminutos que integran todo aquello que existe en el Universo. Se trata de un elemento muy inestable y que se desintegra rápidamente: su vida media es del orden del zeptosegundo, o sea la miltrillonésima parte de un segundo.

Por eso ha sido tan difícil detectarlo, hasta que la enorme potencia del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CENR, el acelerador de partículas más grande y de mayor energía que existe hasta el momento, lo hizo posible. La existencia del bosón de Higgs y del campo de Higgs asociado permitiría explicar la razón de la presencia de masa en las partículas elementales. La teoría indica que un campo impregna todo el espacio y que las partículas elementales que interactúan con dicho campo adquieren masa, mientras que aquellas que no lo hacen no la poseen.

Según una nota de prensa, la nueva medición de ATLAS combina dos resultados: uno obtenido mediante un análisis de la descomposición de la partícula en dos fotones de alta energía, en un fenómeno llamado “canal difotónico”, y una medición de masa anterior basada en un estudio de su descomposición en cuatro leptones. Vale recordar que, según los físicos, los leptones y los quarks son los bloques de construcción básicos de la materia.

Mayor precisión y reducción de la incertidumbre

La nueva medición en el canal difotónico dio como resultado una masa de 125,22 mil millones de electronvoltios (GeV), logrando una precisión del 0,11 %, siendo la medida más precisa hasta la fecha de la masa del bosón de Higgs a partir de un único canal de desintegración. En comparación con la medición anterior de ATLAS en este canal, el nuevo resultado logró reducir la incertidumbre estadística en un factor de dos.

Posteriormente, al combinar esta nueva medición de masa en el canal de difotón con la medición de masa anterior en el canal de cuatro leptones, obtuvieron una masa para el bosón de Higgs de 125,11 GeV, logrando así una precisión del 0,09 %. Esto constituye la medición más exacta hasta la fecha de este parámetro fundamental.

Un conocimiento preciso de este parámetro fundamental es de gran importancia para desarrollar cálculos teóricos exactos que, a su vez, permitirán a los físicos comparar sus mediciones de las propiedades del bosón de Higgs con las predicciones del modelo estándar. La existencia de desviaciones de estas predicciones señalarían la presencia de fenómenos nuevos o desconocidos, ingresando en el terreno de la denominada “nueva física”. La masa del bosón de Higgs es además un parámetro crucial para entender la evolución y la estabilidad del vacío en el Universo, como así también la naturaleza de la materia oscura.