En un hallazgo que limita años de exploración en la pequeña partícula conocida como el bosón de Higgs, los investigadores han rastreado la quinta y más prominente forma en que la partícula se descompone en otras partículas. El descubrimiento brinda a los investigadores una nueva vía para estudiar el físicoleyes que gobiernan el universo.
Los físicos de la Universidad de Princeton dirigieron uno de los dos equipos principales que hoy anunciaron la detección de la partícula de Higgs a través de su descomposición en dos partículas llamadas quarks de fondo. Esta ruta es la última en ser detectada de las cinco rutas principales de la firma que pueden identificar elPartícula de Higgs.
"Lo encontramos exactamente donde esperábamos encontrarlo y ahora podemos usar esta nueva vía para estudiar las propiedades de Higgs", dijo James Olsen, profesor de física y líder del equipo de Princeton. "Esta ha sido una verdaderaesfuerzo colaborativo desde el principio y es emocionante ver la amplificación del esfuerzo que proviene de las personas que trabajan juntas ".
Buscado desde hace mucho tiempo porque confirma las teorías sobre la naturaleza de la materia, la partícula de Higgs existe solo fugazmente antes de transformarse en otras, llamadas partículas "hijas". Debido a que el bosón dura solo alrededor de una septillonésima de segundo, los investigadores usan eldescendencia de la partícula como evidencia de su existencia.
Estas partículas hijas se dispersan entre la lluvia de partículas creadas a partir de la colisión de dos protones en el Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear CERN. La partícula de Higgs se observó por primera vez en 2012 a través de tres de losotros modos de descomposición
De estos linajes o patrones de descomposición, la descomposición en dos quarks inferiores ocurre con mayor frecuencia, representando alrededor del 60 por ciento de los eventos de descomposición del Higgs, según Olsen.
Pero en el LHC, el patrón de quark bottom es el más difícil de rastrear definitivamente hasta el Higgs porque muchas otras partículas también pueden emitir quarks inferiores.
Los Quarks son componentes diminutos de los protones, que a su vez son algunos de los bloques de construcción de los átomos. El quark inferior es uno de los seis tipos de quarks que forman la colección de partículas en el "modelo estándar" que explica la materia y sus interacciones..
Distinguir qué quarks de fondo provienen del Higgs versus otras partículas ha sido el principal desafío que enfrentan los dos detectores Higgs del LHC, el solenoide de muón compacto CMS con el que trabaja Olsen y su compañero, ATLAS. Los detectores funcionan de forma independiente y funcionanpor equipos separados de científicos.
Una vez producidos, estos quarks inferiores se dividen en chorros de partículas, por lo que es difícil rastrearlos hasta las partículas originales. Debido a este ruido de fondo, los investigadores necesitaron más datos de los necesarios para que las otras vías estuvieran seguras de su hallazgo.
Ambos detectores son expertos en detectar partículas como electrones, fotones y muones, pero son más desafiados por los quarks. Los quarks debido a su naturaleza no se observan como partículas libres. En cambio, están unidos y aparecen como otras partículas como los mesones ybariones o caries rápidamente.
"Es un negocio desordenado porque tienes que recoger todos esos chorros y medir sus propiedades para calcular la masa del objeto que se descompuso en los chorros", dijo Olsen.
Los dos detectores son estructuras masivas y complejas que se encuentran al final del túnel del LHC, donde los protones se aceleran y se rompen juntos a altos niveles de energía. Las estructuras contienen capas de detectores más pequeños dispuestos como capas de una cebolla.
Los dispositivos detectan partículas en cada capa de la cebolla para reconstruir sus caminos. Esto permite a los investigadores rastrear el camino de una partícula de regreso a su fuente de manera análoga a seguir el rastro de la luz de los fuegos artificiales de regreso al lugar donde se produjo la primera vez.se produjo una explosión. Al seguir muchos de estos caminos, los investigadores pueden identificar dónde y cuándo se formó el Higgs por primera vez en la colisión protón-protón.
"La descomposición del quark Higgs-to-bottom-quark es importante porque es la descomposición más frecuente, por lo que una medición precisa de su tasa nos dice mucho sobre la naturaleza de esta partícula", dijo Christopher Palmer, investigador asociado dePrinceton, quien describe el trabajo en este video : http://www.youtube.com/watch?v=NfCgbGtVZCo
Los investigadores adicionales de Princeton en el equipo incluyeron al estudiante graduado de física Stephane Cooperstein y al estudiante Jan Offerman, Clase de 2018. El equipo también incluyó colaboradores en la Universidad de Florida y Fermilab, así como grupos de Italia, Suiza y Alemania.
El principal desafío para detectar el modo de decaimiento del quark de fondo fue la cantidad de quarks de fondo producidos por eventos que no son de Higgs. Además de recopilar más datos de colisiones, los investigadores buscaron una forma distinta en que el Higgs dio lugar a laquarks inferiores
Olsen comenzó a trabajar en este desafío hace 10 años, antes de que el LHC se encendiera y cuando los físicos ejecutaban simulaciones en las computadoras. Alrededor de ese tiempo, Olsen aprendió sobre un estudio teórico que muestra que es posible encontrar quarks de fondo creados a partir del Higgsretroceder otra partícula, como un bosón Z o un bosón W.
"Era una idea que nadie tenía antes, buscarlo en ese canal, y la única pregunta era si era posible experimentalmente y si realmente valdría la pena", dijo Olsen.
Olsen dijo que es emocionante ver que el trabajo se realiza. "Este es un momento muy satisfactorio".
La investigación de la Universidad de Princeton en el LHC está financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. Y la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Catherine Zandonella. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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