Buscar bosones de Higgs pesados en el LHC

Investigaciones recientes se han centrado en buscar Bosones de Higgs pesados que decaen en pares de quarks top. Esta búsqueda utilizó datos de colisiones de protones en un colisionador de alta energía, específicamente el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Estas colisiones fueron medidas con un detector conocido como ATLAS, que está diseñado para estudiar partículas producidas en experimentos de física de alta energía.

#Antecedentes

Los bosones de Higgs son partículas importantes para entender cómo otras partículas adquieren masa. El Modelo Estándar de la física de partículas predice la existencia de estas partículas, pero nuevas teorías sugieren que podría haber tipos adicionales de bosones de Higgs, como bosones de Higgs escalares y pseudo-escalares. Esta investigación tiene como objetivo descubrir más sobre estos bosones de Higgs adicionales y sus propiedades.

#Metodología

#Recolección de Datos

La investigación implicó analizar 140 femtobarns de datos de colisión recogidos por el detector ATLAS en el LHC. El enfoque estuvo en colisiones con una energía de centro de masa de 13 TeV. Los datos se recolectaron a lo largo de varios años, desde 2015 hasta 2018.

#Selección de Eventos

Los investigadores buscaban eventos específicos donde un quark top se decayera en un leptón y el otro en hadrones. Se analizaron dos tipos principales de eventos: aquellos con un leptón (canal de 1 leptón) y aquellos con dos leptones (canal de 2 leptones). El objetivo era identificar eventos que coincidieran con las firmas esperadas de los decaimientos de bosones de Higgs pesados.

#Técnicas de Análisis

Los datos se analizaron utilizando algoritmos sofisticados para distinguir eventos de señal (los que indican la presencia de bosones de Higgs) de eventos de fondo (los que ocurren por colisiones de partículas normales). Los investigadores tomaron en cuenta varios factores, como los efectos de interferencia entre la señal y los procesos del Modelo Estándar.

#Resultados

#Observaciones

El análisis no encontró desviaciones significativas de las expectativas establecidas por el Modelo Estándar. Esto significa que, según los datos recogidos, no había evidencia clara de la existencia de nuevos bosones de Higgs pesados.

#Límites de Exclusión

Sin embargo, los hallazgos permitieron a los investigadores establecer límites de exclusión sobre las masas de los bosones de Higgs escalares y pseudo-escalares pesados. Por ejemplo, se excluyeron valores de masa de hasta 1240 GeV en un marco teórico conocido como el Modelo de dos dobles de Higgs, mientras que otros modelos tenían límites diferentes.

#Modelos Teóricos

#Modelo de Dos Dobles de Higgs (2HDM)

El modelo de dos dobles de Higgs propone que hay dos tipos de bosones de Higgs. Este modelo amplía el Modelo Estándar y predice interacciones adicionales que pueden llevar a nueva física más allá de las interacciones de partículas conocidas.

#Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo (MSSM)

La extensión supersimétrica mínima del Modelo Estándar sugiere que cada partícula tiene una partícula compañera. Este modelo introduce bosones de Higgs adicionales, que podrían ser detectados en colisiones de alta energía.

#Conexiones con Materia Oscura

La investigación también explora la posibilidad de que estos nuevos bosones de Higgs puedan conectarse con la materia oscura, que es una forma misteriosa de materia que no emite luz y no es directamente observable.

#Resumen de Hallazgos

A pesar de las extensas búsquedas, los resultados indican que la existencia de bosones de Higgs pesados adicionales predicha por algunos modelos no está respaldada por los datos. Los límites establecidos sobre las masas de estos bosones proporcionan información importante para futuras investigaciones en física de partículas.

#Conclusión

Esta investigación contribuye a la exploración continua de la física de partículas, específicamente sobre el papel de los bosones de Higgs en la comprensión del universo. Los resultados ayudan a refinar modelos teóricos y preparan el terreno para futuros experimentos. Aunque no se encontraron nuevos bosones de Higgs pesados, los límites de exclusión establecidos guiarán a los investigadores en estudios futuros.