Midiendo la masa del bosón de Higgs

El bosón de Higgs es una parte esencial de nuestra comprensión de la física de partículas. Ayuda a explicar cómo otras partículas obtienen masa. Este artículo habla sobre cómo los científicos midieron la masa del bosón de Higgs usando datos de Colisiones de partículas.

#La Importancia del Bosón de Higgs

El bosón de Higgs fue descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que es un enorme acelerador de partículas ubicado en CERN, Suiza. Científicos de muchos países trabajan juntos en experimentos en el LHC. El descubrimiento del bosón de Higgs fue importante porque confirmó parte del Modelo Estándar de la física de partículas. El Modelo Estándar describe cómo las partículas fundamentales interactúan entre sí.

#Entendiendo las Colisiones de Partículas

Para estudiar partículas como el bosón de Higgs, los científicos chocan protones entre sí a velocidades muy altas. Esto crea condiciones similares a las que había justo después del Big Bang. Estas colisiones producen una variedad de partículas, incluyendo el bosón de Higgs. Sin embargo, el bosón de Higgs se desintegra casi de inmediato, lo que significa que los científicos tienen que buscar sus productos de desintegración para confirmar su existencia y medir sus propiedades.

#Recolección de Datos

La medición de la que se habla en este artículo proviene de datos recolectados durante dos ejecuciones diferentes del LHC, conocidas como Ejecución 1 y Ejecución 2. La Ejecución 1 se llevó a cabo a energías más bajas (7 y 8 TeV), mientras que la Ejecución 2 operó a una energía más alta de 13 TeV. Los científicos recolectaron una gran cantidad de datos durante estas ejecuciones, lo que les permitió hacer mediciones precisas.

En total, se recopilaron aproximadamente 140 femtobarns inversos (fb) de datos durante la Ejecución 2. Un femtobarn inverso es una unidad usada en física de partículas para describir la cantidad de datos recogidos de las colisiones de partículas.

#Canales de Desintegración y Medición

Para medir la masa del bosón de Higgs, los científicos se enfocan en su desintegración en dos tipos principales de partículas: fotones (partículas de luz) y leptones (como electrones y muones). Cada canal de desintegración proporciona información diferente sobre la masa del bosón de Higgs.

Los dos canales de desintegración más populares para medir la masa del bosón de Higgs son:

1. La desintegración en dos fotones.
2. La desintegración en un par de leptones de signo opuesto (como dos electrones o dos muones).

Estos canales son preferidos porque proporcionan señales claras que se pueden distinguir del ruido de fondo creado durante las colisiones.

#Análisis de datos

Los científicos usan software complejo para analizar los datos registrados de las colisiones. Este software ayuda a filtrar el ruido de fondo e identificar eventos donde puede haberse producido un bosón de Higgs.

Para el canal de desintegración de fotones, los científicos buscan eventos con dos fotones energéticos. Analizan la masa de estos fotones para encontrar un pico en la distribución de masas, lo que indica la presencia del bosón de Higgs. Al ajustar esta distribución usando métodos estadísticos, pueden estimar la masa del bosón de Higgs.

Para el canal de desintegración de leptones, los científicos identifican pares de leptones de mismo sabor y signo opuesto. Comparan la masa de estos pares con la masa conocida del bosón Z para aislar eventos del bosón de Higgs.

#Logrando Precisión

El objetivo de medir la masa del bosón de Higgs es lograr alta precisión. El artículo describe cómo las actualizaciones recientes en técnicas y equipos han mejorado la exactitud de estas mediciones. Las calibraciones mejoradas para medir la energía y el momentum ayudan a reducir las incertidumbres en las mediciones.

Por ejemplo, las mejoras en la calibración de la energía de los fotones han permitido a los científicos obtener una precisión un 30% mejor en algunos casos. Esto significa que las lecturas de energía de los fotones son ahora más precisas, llevando a mediciones de masa más confiables.

#Resultados

Las mediciones combinadas de la masa del bosón de Higgs de diferentes canales de desintegración muestran una masa de aproximadamente 125.11 GeV con incertidumbres muy pequeñas. Esta precisión es de aproximadamente 0.09%, lo cual es impresionante en la física de partículas.

Los resultados de la Ejecución 2 se combinaron con resultados anteriores de la Ejecución 1 para proporcionar una imagen más clara de la masa del bosón de Higgs. El resultado combinado de todas las mediciones le da a los científicos confianza en la exactitud de la masa del bosón de Higgs.

#Incertidumbres Sistemáticas

Al medir la masa del bosón de Higgs, hay varias fuentes de incertidumbre que los científicos deben considerar. Estas pueden provenir de varios factores, como:

• Errores de calibración en la medición de las energías de las partículas.
• Ruido de fondo durante la recolección de datos.
• Diferencias en la modelización de procesos físicos.

Al entender estas incertidumbres, los científicos pueden mejorar sus mediciones y proporcionar mejores estimaciones de la masa del bosón de Higgs.

#Importancia de la Medición

La medición precisa de la masa del bosón de Higgs tiene importantes implicaciones para la física de partículas. Ayuda a comprobar si las predicciones hechas por el Modelo Estándar son correctas. Si los valores medidos se desvían significativamente de los valores predichos, podría indicar la necesidad de nueva física más allá del Modelo Estándar.

#Investigación en Curso

La investigación no se detiene aquí. Los científicos continúan analizando más datos que se recogerán en futuras ejecuciones del LHC. A medida que la tecnología mejora, mediciones más precisas de las propiedades del bosón de Higgs ampliarán nuestro conocimiento de la física de partículas.

Al estudiar el bosón de Higgs y sus interacciones con otras partículas, los científicos esperan responder preguntas fundamentales sobre el universo y las fuerzas en juego.

#Colaboración Entre Países

El éxito del descubrimiento del bosón de Higgs y las mediciones posteriores es un testimonio de la colaboración internacional en la ciencia. Miles de científicos, ingenieros y personal de apoyo de varios países trabajan juntos en CERN para lograr estos resultados notables.

Comparten conocimientos, recursos e ideas, lo que enriquece a la comunidad científica global. Esta colaboración es fundamental para resolver problemas complejos y ampliar los límites de lo que se conoce en física.

#Conclusión

En resumen, la medición de la masa del bosón de Higgs usando datos de colisiones de protones del LHC es un logro significativo en la física moderna. El conocimiento preciso de esta masa ayuda a afirmar la validez del Modelo Estándar y abre puertas a nuevas avenidas de investigación.

A medida que los científicos continúan investigando las propiedades del bosón de Higgs, buscan profundizar nuestra comprensión del universo. Esta búsqueda continua de conocimiento es lo que impulsa el progreso e innovación científica.