El bosón de Higgs, ¿un intermediario entre la física conocida y una física nueva?

Puede que el famoso bosón de Higgs, corresponsable de la existencia de masas en partículas elementales, interactúe también con una nueva y desconocida física sobre la que se han planteado algunas hipótesis y de la que se buscan indicios de su existencia desde hace décadas.

Si así fuera, el bosón de Higgs debería desintegrarse de un modo característico, con la participación de partículas exóticas. Marcin Kucharczyk y Mateusz Goncerz, ambos del Instituto Henryk Niewodniczanski de Física Nuclear, dependiente de la Academia Polaca de Ciencias, han mostrado que si tales desintegraciones ocurren realmente, serán observables en los sucesores del LHC (el acelerador de partículas más grande y potente del mundo) que actualmente ya están siendo diseñados.

El pintoresco término "valle oculto", que no desentonaría en el título de una novela de terror o de espada y brujería, tiene sin embargo un significado científico. En física de altas energías, es el nombre que se da a ciertos modelos que amplían el conjunto de partículas elementales actualmente conocidas. En estos modelos denominados del Valle Oculto, las partículas de nuestro mundo descritas por el Modelo Estándar de la física pertenecen al grupo de baja energía, mientras que las partículas exóticas se ocultan en la región de alta energía.

Hay ideas teóricas sobre la desintegración exótica del bosón de Higgs, pero lo cierto es que esa desintegración nunca se ha podido captar en el LHC a pesar de muchos años de búsqueda. Sin embargo, Kucharczyk y Goncerz sostienen que las desintegraciones del bosón de Higgs en partículas exóticas ya deberían ser perfectamente observables en los aceleradores sucesores del LHC, si es que alguno de los modelos del Valle Oculto resulta ser coherente con la realidad.

Posible vía de búsqueda para captar desintegraciones exóticas del bosón de Higgs en aceleradores futuros de partículas empleando leptones. 1: un electrón y un positrón de haces opuestos colisionan. 2: la colisión produce un bosón de Higgs de alta energía. 3: el bosón se desintegra generando dos partículas exóticas que se alejan del eje de los haces. 4: las partículas exóticas se desintegran generando pares quark-antiquark, reconocibles por los detectores. (Imagen: IFJ PAN. CC BY-SA)

"En los modelos del Valle Oculto tenemos dos grupos de partículas separadas por una barrera de energía. La teoría es que podría haber partículas masivas exóticas capaces de cruzar esta barrera en circunstancias específicas. Las partículas como el bosón de Higgs o el hipotético bosón Z' (bosón Z-prima) actuarían como comunicadores entre las partículas de un mundo y las del otro. El bosón de Higgs, una de las partículas más masivas del Modelo Estándar, es un muy buen candidato para ser un comunicador de esa clase", explica Kucharczyk.

El comunicador, tras pasar a la región de baja energía, decaería en dos partículas exóticas bastante masivas. En cuestión de picosegundos (billonésimas de segundo), cada una de esas partículas se desintegraría en otras dos partículas de masa aún menor, que entrarían en el Modelo Estándar y que serían detectables. Los detalles relativos a su aparición y conducta serían lo bastante peculiares como para, junto con otros indicios, delatar su origen último en partículas de la otra física.

El estudio se titula “Search for exotic decays of the Higgs boson into long-lived particles with jet pairs in the final state at CLIC”. Y se ha publicado en la revista académica Journal of High Energy Physics. (Fuente: NCYT de Amazings)