La última partícula faltante del modelo estándar, el bosón de Higgs, fue descubierto en 2012 en experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones. Desde entonces, buscando nuevas, partículas relacionadas ha estado en proceso. Predicho por varias teorías que van más allá de la física conocida, Los bosones de Higgs con carga eléctrica positiva o negativa se encuentran entre los candidatos a ser observados. Pero, ¿existen realmente estas partículas?

En el CERN de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, cerca de Ginebra, La segunda serie de colisiones del Gran Colisionador de Hadrones y la recopilación de datos sobre las partículas y sus desintegraciones acaba de terminar. Durante los próximos dos años, el acelerador se someterá a mantenimiento y se completarán las actualizaciones. Mientras tanto, Los físicos analizan intensamente los datos de la ejecución recién completada. Su investigación se centra principalmente en la búsqueda de partículas elementales más allá del Modelo Estándar, como el bosón de Higgs cargado eléctricamente. El análisis más reciente en este campo fue realizado por un equipo internacional de físicos que trabajan dentro del experimento ATLAS. El grupo estaba formado por investigadores del Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia (FIP PAN) en Cracovia y otras cinco instituciones repartidas por todo el mundo.

"El Modelo Estándar es una estructura teórica compleja y describe todas las partículas elementales conocidas con excelente precisión. Sabemos, sin embargo, que funciona bien para energías accesibles experimentalmente. A energías realmente altas, las predicciones del Modelo Estándar se rompen; de ahí la necesidad de la llamada nueva física, "dice el Dr. Pawel Bruckman (IFJ PAN), y recuerda que la mecánica clásica, por ejemplo, muestra características similares. Cuando la energía de los cuerpos en movimiento es baja, su descripción es exacta. Sin embargo, cuando la velocidad se vuelve comparable a la velocidad de la luz, La física newtoniana debe dar paso a las teorías relativistas.

Descubierto en 2012 por los experimentos ATLAS y CMS, el bosón de Higgs neutral confirmó la existencia del mecanismo necesario para la consistencia del Modelo Estándar. Físicos sin embargo, son conscientes de que esta partícula puede ser solo una parte de un sector de Higgs más amplio, predice la mayoría de las teorías que van más allá de la física de partículas moderna. En las teorías supersimétricas más populares (donde cada partícula conocida tiene un exótico, super-socio más masivo), hay cinco bosones de Higgs. Tres de ellos, incluido el estándar, son eléctricamente neutrales, mientras que los otros dos están cargados eléctricamente (negativa y positivamente).

"Hemos estado explorando una amplia gama de masas. La masa del protón, es decir, el núcleo de hidrógeno, es aproximadamente un gigaelectronvoltio. Sucesivamente, la masa del quark t, la más masiva de las partículas elementales conocidas, es 173 gigaelectronvoltios. Estábamos buscando rastros de la existencia de un Higgs cargado en el rango de masas desde 90 gigaelectronvoltios hasta 2000 gigaelectronvoltios, "explica la estudiante de doctorado Marzieh Bahmani (IFJ PAN).

El equipo se centró en esos eventos de colisión entre quarks y gluones, en el que los bosones de Higgs cargados se producirían junto con el quark t, y luego decayó en un leptón tau (un equivalente mucho más masivo del electrón) y su neutrino asociado. En tales eventos, se emiten algunos neutrinos. Estas partículas interactúan débilmente con la materia y son invisibles para los detectores. Por lo tanto, durante la selección de desintegraciones, la cantidad de energía faltante que llevarían los neutrinos era importante.

A los efectos del análisis, Los investigadores de Cracovia desarrollaron y optimizaron un método discriminante multivariado. La técnica, basado en muchas variables cuidadosamente seleccionadas y correlaciones entre ellas, maximiza la discriminación de la señal esperada del abrumador fondo.

"Dentro de la sensibilidad actual, podemos decir con un nivel de confianza del 95 por ciento que en el rango seleccionado de masas no hemos observado bosones de Higgs cargados. Esta es una limitación muy fuerte de las nuevas teorías. Tenemos la intención de mejorarlo aún más en la próxima ronda del análisis, teniendo en cuenta todos los datos de la segunda ejecución recientemente completada del acelerador LHC. Todavía es posible que el Higgs cargado esté oculto en algún lugar del rango de masa cubierto por nuestro análisis, pero todavía no somos lo suficientemente sensibles para ver su señal, "dice la Dra. Anna Kaczmarska (IFJ PAN).

Los resultados del análisis, publicado en el Revista de física de altas energías , son particularmente valiosos para seleccionar modelos teóricos que van más allá de la física conocida. El espacio de parámetros de estos modelos se ha reducido significativamente. Como consecuencia, sus predicciones serán más precisas y fáciles de verificar.