La cerca de ‘nova física’ continua en el major accelerador de partícules del món, el Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) del CERN. Entre les partícules més cercades es troben nous bosons de Higgs, el principal descobriment realitzat en el LHC fins avui i un dels majors éxits científics de les últimes dècades. L'existència de nous bosons de Higgs més pesats recolzaria la validesa de teories com la Supersimetria, que resoldria qüestions com la naturalesa de la matèria fosca. En aquest camp, un grup d'investigadors de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) ha liderat un estudi amb dades de l'experiment ATLAS del LHC que millora la cerca de nous bosons de Higgs en més d'un 50% respecte a anàlisis anteriors. L'estudi ha estat publicat en European Physical Journal C.

El treball es basa en les primeres dades obtingudes pel detector ATLAS amb l'increment d'energia aconseguit en el LHC en 2015, després de dos anys de parada tècnica. Es va aconseguir passar de 8 teraelectronvolts (TeV) d'energia en les col·lisions entre protons del LHC (suficients per a descobrir el bosó de Higgs en 2012) a 13 TeV. “Açò suposa major nombre de successos per a estudiar, però també majors reptes per a les anàlisis”, diu Lucca Fiorini, investigador doctor de la Universitat de València a l’IFIC i editor de l'article. 

El LHC fa xocar protons en punts estratègics del seu anell de 27 quilòmetres de circumferència per a comprovar de què estan fets, quins són els components de la matèria que forma l'Univers visible. En aqueixos punts es col·loquen grans detectors que funcionen com a càmeres fotogràfiques ultraràpides, prenent milions d'imatges per segon de les col·lisions que s’hi produeixen. Entre aqueixa ingent quantitat d'informació, els científics cerquen les imatges que registren una nova partícula, com el bosó de Higgs.

Aquesta era l'última partícula que faltava per descobrir en l'anomenat Model Estàndard, la teoria que descriu les partícules que componen tot el que veiem en l'Univers i les seues interaccions. Després de mig segle de cerca, els experiments ATLAS i CMS del LHC van anunciar el seu descobriment en 2012, dos anys després d'entrar en funcionament l'accelerador. Encara que aquesta partícula s'assembla molt a la que descriu el Model Estàndard, els científics es pregunten si hi ha altres bosons de Higgs més pesats.

En concret, l'estudi que lidera Fiorini juntament amb Damián Álvarez i el grup de l’IFIC involucrat en el calorímetre d'ATLAS, cerca nous bosons de Higgs més pesats però sense càrrega elèctrica, com la partícula descoberta en 2012. Com són molt pesades, aquestes partícules es desintegren immediatament, produint altres més estables que es poden registrar pels detectors. Aquest estudi cerca el rastre de nous bosons de Higgs mitjançant la seua desintegració a dues partícules tau, similars a l'electró però amb més massa.

Segons Fiorini, les teories que afirmen l'existència dels nous bosons de Higgs prediuen que aquest tipus de desintegració és un dels més probables, la qual cosa el converteix en una bona eina per a cercar les noves partícules. De fet, és una de les maneres de detectar els bosons de Higgs que es produeixen contínuament en el LHC, més de 150.000 amb les primeres dades a 13 TeV. 

L'estudi, que ocupa la portada d’European Physical Journal C, millora la cerca de bosons de Higgs neutres en aquest tipus de desintegració en rangs que, depenent de la massa d'aquestes noves partícules, van del 50 al 60%. I amb marge de millora. Fiorini destaca que aquesta anàlisi es va realitzar solament amb les dades de 2015. Ara ho estan repetint sumant els de 2016, en total 10 vegades més dades que en el primer estudi. I el LHC funcionarà fins a mitjan dècada de 2030, amb una important millora prevista en 2025.

El descobriment d'aquests nous bosons de Higgs seria un recolzament per a la Supersimetria, una de les teories més populars que proposen física més enllà del Model Estàndard que, de moment, no ha trobat confirmació. La Supersimetria proposa per a cadascuna de les partícules elementals conegudes una nova partícula que se suposa més pesada, perquè encara no s'ha detectat amb els acceleradors actuals. Açò vindria a solucionar problemes no resolts en el Model Estàndard, com explicar per què partícules com ara electrons i taus es diferencien solament per la seua massa, o per què la massa del bosó de Higgs conegut és tan xicoteta respecte a la massa de Plank, que caracteritza la força de gravetat...

Confirmar o descartar la Supersimetria és qüestió d'energia: per a crear partícules més pesades es necessiten acceleradors capaços d'aconseguir majors energies. Açò requereix noves tecnologies i inversions molt ambicioses. El CERN ja treballa en el projecte d'un accelerador de 80 o 100 quilòmetres de circumferència capaç d'arribar als 100 TeV, en lloc dels 14 que aconseguirà el LHC. No obstant açò, si la massa de les partícules supersimètriques no és massa gran, l'accelerador actual del CERN podria dir més sobre la seua existència abans de la gran parada tècnica per a la seua actualització en 2025, opina Fiorini. I, en tot cas, “hi ha altres explicacions per a la nova física que puga sorgir en el LHC”, resol l'investigador de l’IFIC.

Referencia:
“Search for minimal supersymmetric standard model Higgs Bosons H / A and for a Z′ boson in the ττ final state produced in pp collisions at s√=13 TeV with the ATLAS detector”, Aaboud, M., Aad, G., Abbott, B. et al. Eur. Phys. J. C (2016) 76: 585. doi:10.1140/epjc/s10052-016-4400-6