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El bosón de Higgs

El bosón de Higgs era la última partícula del Modelo Estándar (SM) aún no confirmada experimentalmente. En Julio de 2012, los experimentos ATLAS y CMS del CERN anunciaron el descubrimiento de un nuevo bosón con una masa en torno a 125 GeV que era compatible con el largamente esperado bosón de Higgs.

El SM no dice cual es la masa del bosón de Higgs. Sin embargo, para una masa dada del Higgs el SM predice cuán a menudo es producido en las colisiones de partículas y cómo se desintegra en partículas conocidas. La tarta siguiente indica las proporciones de desintegración de un bosón de Higgs de 125 GeV a varias partículas finales conocidas.

Tal bosón de Higgs es muy pesado, aún más que el bosón Z que has conocido antes, y tiene una vida media muy corta por lo que solo viaja una distancia muy pequeña. Por ello no es posible detectarlo directamente ni en ATLAS ni en ningún otro detector de partículas.

El bosón de Higgs se puede producir en colisiones protón-protón a altas energías en el LHC. ATLAS y CMS han observado desintegraciones a (i) 2 bosones Z, que finalmente producen dos pares de leptones cargados, (ii) a dos fotones y (iii) a dos bosones W, que producen finalmente 2 leptones cargados y 2 neutrinos. También se han observado recientemente las desintegraciones del bosón de Higgs a pares de leptones tau.

En este recorrido-Z tendrás la oportunidad de buscar las desintegraciones del Higgs (i) y (ii) de arriba y repetir parcialmente lo que los físicos de ATLAS ¡ han hecho en el CERN!

La partícula descubierta por ATLAS y CMS en 2012 se identifica normalmente como "el bosón de Higgs". Varias propiedades, incluído el spin, se han medido y son consistentes con las predicciones del Modelo Estándar. La desintegración de un bosón de Higgs a un par de leptones tau ha sido observada, pero queda por confirmar la desintegración a un par de quarks fondo (b).

Pero ¿por qué se han observado desintegraciones H→γγ tan raras (con solo 0.2% de probabilidad) y no las “frecuentes” desintegraciones H→b-bbar (con 57% de probabilidad)?. La última desintegración del Higgs conduce a dos “jets” de partículas que son muy difíciles de separar de la producción mucho más abundante de “jets” normales, permitida por la más fuerte de las interacciones – la fuerza nuclear fuerte.

Si eres paciente estudiarás, esperemos que en futuras Clases Magistrales, tales desintegraciones del Higgs. Por ahora, buena suerte con tu búsqueda del bosón de Higgs desintegrándose a ZZ y γγ.

¿No es maravilloso que datos que han sido utilizados para el descubrimiento del bosón de Higgs estén disponibles para que tu los analices?

Sigue este enlace si quieres saber más acerca del bosón de Higgs. En el Modelo Estándar, al campo de Higgs, responsable de la masa de las partículas elementales, le corresponde el bosón de Higgs, que es una partícula de espín 0. ¡Es lo último que hemos estado buscando en el LHC!