Buscando Higgsinos en el LHC

Este artículo habla sobre un estudio realizado con el detector ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Se centra en un tipo de partícula llamada Higgsinos, que son predichas por ciertas teorías en física conocidas como modelos de supersimetría. Estos modelos sugieren que por cada partícula conocida, hay un socio más pesado y escurridizo. El estudio busca encontrar evidencia de higgsinos descomponiéndose en diferentes tipos de partículas, específicamente en pares de fotones y Jets.

#Antecedentes

La supersimetría es una teoría que amplía el Modelo Estándar de la física de partículas. En esta teoría, las partículas tienen compañeros llamados supercompañeros. Por ejemplo, los compañeros de los Bosones de Higgs son los higgsinos. Los higgsinos pueden decaer en partículas más ligeras, incluyendo Gravitinos, y esta descomposición puede ocurrir a través de partículas conocidas como el bosón de Higgs o bosones W/Z.

En esta búsqueda, los científicos utilizaron datos de colisiones de protones a alta energía en el LHC. El objetivo era buscar eventos donde un bosón de Higgs se descompone en dos fotones, mientras que otro bosón de Higgs o W/Z se descompone en jets, que son chorros de partículas producidas en colisiones de alta energía. También hay un enfoque en el momento transverso perdido, que indica la presencia de partículas invisibles como los gravitinos.

#El Detector ATLAS

El detector ATLAS es una máquina grande y compleja diseñada para estudiar las partículas producidas en colisiones de alta energía. Está compuesto por varios componentes, incluyendo un detector de seguimiento, calorímetros para medir energía, y un espectrómetro de muones para detectar muones. El detector puede observar eventos en un amplio rango de ángulos alrededor del punto de colisión.

Durante su operación, el detector ATLAS registró grandes cantidades de datos de las colisiones, permitiendo a los investigadores analizar numerosos eventos para buscar las señales de los higgsinos.

#Metodología

#Recolección de Datos

Los datos utilizados en este estudio fueron recolectados de colisiones de protones a una energía de centro de masa de 13 TeV. Durante un tiempo, el detector recopiló información de aproximadamente 139 femtobarns inversos de colisiones, lo que proporciona un gran tamaño de muestra para el análisis. Los métodos estadísticos empleados ayudan a estimar con qué frecuencia ocurren ciertos eventos, basándose en los datos recolectados.

#Selección de Eventos

Los investigadores buscaron tipos específicos de eventos en los que se produjeron dos fotones y dos jets. El proceso de selección implicó aplicar varios criterios para identificar eventos que cumplieran estas condiciones. Requirieron que la masa de los diphotones estuviera cerca de la masa conocida del bosón de Higgs, asegurando que estaban observando las partículas correctas.

Los eventos también se categorizaron en función de la cantidad de momento transverso perdido, que es esencial para identificar señales consistentes con la presencia de gravitinos. Al diferenciar los eventos de esta manera, los científicos pudieron enfocarse en regiones específicas en sus datos donde las señales de los higgsinos serían más pronunciadas.

#Estimación de Fondo

Para entender los resultados, es crucial estimar el ruido de fondo, que son otros procesos que pueden imitar las señales que se están buscando. Para este análisis, los investigadores utilizaron métodos basados en datos para estimar el fondo esperado, basándose en bandas laterales de la distribución de masa de diphotones. Esto ayuda a aislar la señal real de otros eventos.

#Resultados

La investigación no reveló excesos significativos más allá de lo que se espera del Modelo Estándar. Esta falta de señal significa que la masa de los higgsinos probablemente sea más alta de lo que se pensaba anteriormente. El estudio estableció límites superiores en las masas de los higgsinos, indicando que si existen, deben ser más pesados que ciertos umbrales.

#Regiones de Señal

Se definieron tres regiones distintas basadas en las características de los eventos. Cada región se optimizó para aumentar la sensibilidad a diferentes hipótesis de masa y tipos de procesos de descomposición. Las configuraciones permitieron a los investigadores maximizar sus posibilidades de detectar las sutiles señales asociadas con los higgsinos.

#Incertidumbres Sistemáticas

Los investigadores tomaron en cuenta varias fuentes de incertidumbre que podrían afectar sus resultados. Estas incertidumbres pueden provenir de múltiples áreas, incluyendo el rendimiento del detector, la modelización de las partículas y fluctuaciones estadísticas. Entender estas incertidumbres es vital para interpretar los resultados con precisión.

#Conclusión

En conclusión, el estudio utilizando el detector ATLAS no encontró signos de higgsinos en el rango de masa esperado. Sin embargo, proporcionó datos valiosos que ayudan a refinar las predicciones teóricas sobre estas partículas. Las conclusiones extraídas del análisis ofrecen una visión sobre la búsqueda de nueva física más allá del Modelo Estándar, mientras mejoran nuestra comprensión de las interacciones de partículas existentes.

Los esfuerzos continuos en la física de partículas son esenciales para desentrañar los misterios del universo. Los datos recolectados y analizados juegan un papel crucial en guiar investigaciones futuras y mejorar nuestro conocimiento de los componentes fundamentales de la materia. La búsqueda de higgsinos potencia la búsqueda continua por entender la estructura del universo, sentando las bases para más investigaciones y descubrimientos en el emocionante campo de la física de partículas.

A medida que la investigación avanza y la tecnología mejora, la esperanza es eventualmente observar estas partículas escurridizas, proporcionando una imagen más clara de cómo funciona el universo a su nivel más fundamental.