Hay muchas preguntas abiertas sobre el Modelo Estándar de física de partículas (SM), que es actualmente la mejor descripción que tenemos del mundo de la física de partículas. Los físicos experimentales y teóricos compiten entre sí en una sana competencia para examinar el SM e identificar partes del mismo que requieren mayor explicación, más allá de las conocidas deficiencias del modelo, como las masas de los neutrinos.
Los experimentos llevados a cabo en el LHC y otras instalaciones del CERN pueden detectar firmas específicas cuando los datos se desvían ligeramente de las predicciones teóricas. Es crucial continuar explorando si tales desviaciones potenciales podrían revelar nueva física o ser explicadas por el SM.
Para distinguir la señal del fondo en un experimento, los físicos teóricos necesitan calcular todos los procesos complejos con extrema precisión. Esto implica examinar detalles finos, incluidas cantidades observables como el número de eventos o detalles cinemáticos de un proceso específico que podría revelar la huella de un fenómeno aún desconocido.
Estos cálculos mejoran, por ejemplo, la precisión de las mediciones de masa del bosón W y del quark top, así como la fuerte constante de acoplamiento.
La fuerza fuerte y su acoplamiento son los menos conocidos de todos en el SM, pero gobiernan casi todos los procesos en el LHC. Además, los cálculos de precisión ayudan a desarrollar nuevas técnicas para describir los procesos de dispersión y cómo simularlos de manera eficiente.
Estos cálculos ya eran un desafío durante la era LEP, pero el LHC los llevó a un nuevo nivel, lo que provocó una explosión en la complejidad computacional y, por lo tanto, la necesidad de nuevos métodos para calcular los procesos de dispersión.
Varios aspectos de los cálculos de precisión se han vuelto esenciales para el análisis de datos en los experimentos modernos:por ejemplo, son necesarios para el cálculo de amplitudes de dispersión complejas que describen el estado final inmediatamente después de una colisión, como la producción de tres partículas después de la colisión de dos protones. .
Un ejemplo destacado es la producción asociada del bosón de Higgs, específicamente con dos quarks superiores. Debido a los múltiples mecanismos de producción y estados finales posibles, la nueva física puede entrar de muchas maneras diferentes. Por lo tanto, los físicos teóricos deben calcular cada modo de producción con gran precisión.
Calcular las amplitudes de dispersión es sólo una pequeña parte del campo más amplio de los cálculos de precisión. Otro son los generadores de eventos Monte Carlo. Estos cálculos pretenden describir todas las etapas del proceso de dispersión, desde las pocas partículas producidas en la colisión hasta los cientos de partículas observadas en el detector. En cada etapa, la física subyacente se interpreta probabilísticamente y se simula con métodos de Monte Carlo, que son esenciales para las simulaciones que los experimentos pueden adoptar como un control sólido sobre las incertidumbres sistemáticas en sus análisis.
Un ejemplo crucial es la fusión de bosones vectoriales, donde dos quarks se dispersan e intercambian un bosón débil que crea un bosón de Higgs, entre otras partículas. Computar este proceso con un generador Monte Carlo es una tarea muy compleja pero importante, ya que la nueva física puede potencialmente esconderse en los detalles del estado final.
"Hace unas décadas, esto no era posible. Ahora, nuestra capacidad para describir los datos con una precisión de hasta el 5% o mejor muestra el poder de los cálculos del primer principio y su capacidad para reflejar con precisión la complejidad de un entorno de colisionador de hadrones, como Como LHC, tengo muchas ganas de ver lo que traerá la era del LHC de alta luminosidad y los futuros colisionadores", afirma Pier Monni, físico teórico del CERN.
Proporcionado por CERN
