Las simetrías hacen que el mundo gire, pero también las asimetrías. Un ejemplo de ello es una asimetría conocida como asimetría de paridad de carga (CP), que se requiere para explicar por qué la materia supera ampliamente a la antimateria en el universo actual a pesar de que ambas formas de materia deberían haberse creado en cantidades iguales en el Big Bang. .

El modelo estándar de física de partículas, la teoría que mejor describe los componentes básicos de la materia y sus interacciones, incluye fuentes de asimetría CP, y algunas de estas fuentes han sido confirmadas en experimentos. Sin embargo, estas fuentes del modelo estándar generan colectivamente una cantidad de asimetría de CP que es demasiado pequeña para explicar el desequilibrio entre materia y antimateria en el universo, lo que lleva a los físicos a buscar nuevas fuentes de asimetría de CP.

En dos investigaciones independientes recientes, las colaboraciones internacionales ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) recurrieron al bosón de Higgs que descubrieron hace diez años para ver si esta partícula única oculta una fuente nueva y desconocida de asimetría CP.

Los equipos de ATLAS y CMS habían buscado previamente, y no encontraron signos de asimetría CP en las interacciones del bosón de Higgs con otros bosones, así como con la partícula fundamental más pesada conocida, el quark top. En sus últimos estudios, ATLAS y CMS buscaron esta asimetría en la interacción entre el bosón de Higgs y el leptón tau, una versión más pesada del electrón.

Para buscar esta asimetría, ATLAS y CMS primero buscaron bosones de Higgs que se transformaran o "descompusieran" en pares de leptones tau en los datos de colisión protón-protón registrados por los experimentos durante la segunda ejecución del LHC (2015-2018). Luego analizaron el movimiento de este decaimiento, o "cinemática", que depende de un ángulo, llamado ángulo de mezcla, que cuantifica la cantidad de asimetría CP en la interacción entre el bosón de Higgs y el leptón tau.

En el modelo estándar, el ángulo de mezcla es cero y, por lo tanto, la interacción es CP simétrica, lo que significa que permanece igual bajo una transformación que intercambia una partícula con la imagen especular de su antipartícula. Sin embargo, en las teorías que amplían el modelo estándar, el ángulo puede desviarse de cero y la interacción puede ser parcial o totalmente asimétrica según el ángulo; un ángulo de -90 o +90 grados corresponde a una interacción CP asimétrica completa, mientras que cualquier ángulo intermedio, excepto 0 grados, corresponde a una interacción CP asimétrica parcial.

Después de analizar sus muestras de desintegraciones del bosón de Higgs en leptones tau, el equipo de ATLAS obtuvo un ángulo de mezcla de 9 ± 16 grados y el equipo de CMS -1 ± 19 grados, los cuales excluyen una interacción bosón de Higgs-leptón tau completamente asimétrica CP con una significación estadística de aproximadamente tres desviaciones estándar.

Los resultados son consistentes con el modelo estándar dentro de la precisión de medición actual. Más datos permitirán a los investigadores confirmar esta conclusión o detectar la asimetría CP en la interacción bosón de Higgs-leptón tau, lo que tendría un profundo impacto en nuestra comprensión de la historia del universo.

Con la tercera ejecución del LHC programada para comenzar pronto, las colaboraciones de ATLAS y CMS no tendrán que esperar demasiado antes de que puedan introducir más datos en sus kits de análisis para averiguar si el bosón de Higgs esconde o no una nueva fuente de CP. asimetría. + Explora más

Centrándonos en la interacción del bosón de Higgs con el quark charm