En la 40a conferencia de ICHEP, los experimentos ATLAS y CMS anunciaron nuevos resultados que muestran que el bosón de Higgs se descompone en dos muones. El muón es una copia más pesada del electrón, una de las partículas elementales que constituyen el contenido de materia del Universo. Si bien los electrones se clasifican como partículas de primera generación, los muones pertenecen a la segunda generación. El proceso físico de la descomposición del bosón de Higgs en muones es un fenómeno raro, ya que solo un bosón de Higgs de cada 5000 se descompone en muones. Estos nuevos resultados tienen una importancia fundamental para la física fundamental porque indican por primera vez que el bosón de Higgs interactúa con partículas elementales de segunda generación.

Los físicos del CERN han estado estudiando el bosón de Higgs desde su descubrimiento en 2012 para probar las propiedades de esta partícula tan especial. El bosón de Higgs, producido a partir de colisiones de protones en el Gran Colisionador de Hadrones, se desintegra, lo que se conoce como desintegración, casi instantáneamente en otras partículas. Uno de los principales métodos para estudiar las propiedades del bosón de Higgs es analizar cómo se desintegra en las diversas partículas fundamentales y la velocidad de desintegración.

CMS logró evidencia de esta descomposición con 3 sigma, lo que significa que la probabilidad de que el bosón de Higgs se descomponga en un par de muones debido a la fluctuación estadística es menos de uno en 700. El resultado de dos sigma de ATLAS significa que las probabilidades son de uno en 40. La combinación de ambos resultados aumentaría la significancia muy por encima de 3 sigma y proporciona una fuerte evidencia de la desintegración del bosón de Higgs a dos muones.

"CMS se enorgullece de haber logrado esta sensibilidad a la desintegración de los bosones de Higgs en muones, y mostrar la primera evidencia experimental de este proceso. El bosón de Higgs parece interactuar también con partículas de segunda generación de acuerdo con la predicción del Modelo Estándar, un resultado que se perfeccionará aún más con los datos que esperamos recopilar en la próxima ejecución, "dijo Roberto Carlin, portavoz del experimento CMS.

El bosón de Higgs es la manifestación cuántica del campo de Higgs, que da masa a las partículas elementales con las que interactúa, a través del mecanismo Brout-Englert-Higgs. Midiendo la velocidad a la que el bosón de Higgs se desintegra en diferentes partículas, Los físicos pueden inferir la fuerza de su interacción con el campo de Higgs:cuanto mayor es la tasa de desintegración en una partícula determinada, más fuerte es su interacción con el campo. Hasta aquí, Los experimentos de ATLAS y CMS han observado que el bosón de Higgs se desintegra en diferentes tipos de bosones como W y Z, y fermiones más pesados ​​como los leptones tau. La interacción con los quarks más pesados, la parte superior e inferior, se midió en 2018. Los muones son mucho más ligeros en comparación y su interacción con el campo de Higgs es más débil. Las interacciones entre el bosón de Higgs y los muones tenían, por lo tanto, no se ha visto anteriormente en el LHC.

"Esta evidencia de la desintegración del bosón de Higgs en partículas de materia de segunda generación complementa un programa de física de Higgs Run 2 altamente exitoso. Las mediciones de las propiedades del bosón de Higgs han alcanzado una nueva etapa en la precisión y se pueden abordar los modos de desintegración raros. Estos logros se basan en la gran conjunto de datos del LHC, la excelente eficiencia y rendimiento del detector ATLAS y el uso de técnicas de análisis novedosas, "dijo Karl Jakobs, Portavoz de ATLAS.

Lo que hace que estos estudios sean aún más desafiantes es que, en el LHC, por cada bosón de Higgs predicho que se desintegra a dos muones, Hay miles de pares de muones producidos a través de otros procesos que imitan la firma experimental esperada. La firma característica de la desintegración del bosón de Higgs a muones es un pequeño exceso de eventos que se agrupan cerca de una masa de pares de muones de 125 GeV, que es la masa del bosón de Higgs. Aislar el bosón de Higgs a las interacciones de pares de muones no es tarea fácil. Para hacerlo ambos experimentos miden la energía, impulso y ángulos de los candidatos a muones de la desintegración del bosón de Higgs. Además, Se mejoró la sensibilidad de los análisis mediante métodos como sofisticadas estrategias de modelado de fondo y otras técnicas avanzadas como algoritmos de aprendizaje automático. CMS combinó cuatro análisis separados, cada uno optimizado para categorizar eventos físicos con posibles señales de un modo específico de producción del bosón de Higgs. ATLAS dividió sus eventos en 20 categorías que tenían como objetivo modos específicos de producción del bosón de Higgs.

Los resultados, que hasta ahora son consistentes con las predicciones del Modelo Estándar, utilizó el conjunto de datos completo recopilado en la segunda ejecución del LHC. Con más datos para registrar de la próxima ejecución del acelerador de partículas y con el LHC de alta luminosidad, las colaboraciones de ATLAS y CMS esperan alcanzar la sensibilidad (5 sigma) necesaria para establecer el descubrimiento de la desintegración del bosón de Higgs a dos muones y restringir las posibles teorías de la física más allá del Modelo Estándar que afectaría este modo de desintegración del bosón de Higgs.