Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universidad de Valencia) han registrado la masa del quark bottom con una precisión sin precedentes a partir de sus interacciones con el bosón de Higgs. Además han comprobado que este quark es más ligero a energías más altas, confirmando que las masas de las partículas elementales cambian en función de la energía a la que se observan.
El modelo estándar de la física de partículas, la teoría que mejor describe la materia visible del Universo, predice que muchas de las propiedades de las partículas tienen valores diferentes según la energía a la que se observan.
Esto ocurre también con la masa de las partículas elementales, y lo acaba de confirmar investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia) gracias al acelerador de partículas más potente del mundo, el gran colisionador de hadrones (LHC) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en la frontera franco-suiza.
Allí han observado cómo un bosón de Higgs se desintegra en quarks bottom, uno de los constituyentes fundamentales de la materia.
Combinando estas observaciones con otras obtenidas en el antiguo gran colisionador de electrones y positrones (LEP) del CERN, los investigadores del IFIC, en colaboración con científicos de las universidades de Viena (Austria) y Tohoku (Japón) y el Instituto Paul Scherrer (Suiza), han medido la masa del quark bottom con una precisión del 14 %, confirmando, además, que el quark bottom es más ligero a energías más altas.
El valor obtenido es compatible con las predicciones del modelo estándar, y descarta la hipótesis de que la masa no cambie con la energía con una certidumbre de casi 7 desviaciones estándar (lo que se considera un resultado consolidado en física de partículas). Este trabajo lo presentó Marcel Vos, investigador del IFIC, en la prestigiosa conferencia Rencontres de Moriond en Francia y se acaba de publicar en la revista Physical Review Letters.
“Demostrar que las masas de las partículas elementales cambian en función de la energía del experimento es, en primer lugar, una prueba clara de su comportamiento cuántico. Medir además ese cambio con gran precisión permite, por un lado, someter a un test de estrés la validez de las predicciones del modelo estándar y, por otro, intuir la posible existencia de nuevas partículas o fuerzas en caso de que los datos se desvíen de la evolución esperada”, señala Germán Rodrigo, investigador del IFIC.
En física, la masa y el peso de un objeto representan dos propiedades diferentes. La masa es una medida de la cantidad de materia que contiene el objeto, mientras que el peso es una medida de la fuerza gravitatoria a la que está sometido. Según las leyes de Newton, esa fuerza gravitatoria (o peso) es proporcional a la masa, por lo que ambos conceptos suelen utilizarse indistintamente, aunque se trata de cosas diferentes.
Un objeto a nivel del mar es algo más pesado que en la cima del Everest donde está más alejado del centro de la Tierra. En la superficie de la Luna, donde la intensidad de la fuerza gravitatoria es seis veces menor que en la Tierra, su peso es, en consecuencia, seis veces menor. Su masa, en cambio, es una cantidad invariable, característica del objeto e independiente del lugar en el que se encuentre.
En el mundo microscópico ocurre algo similar. Aunque la fuerza de la gravedad no suele ser relevante entre las partículas elementales, estas se encuentran sometidas a otras fuerzas fundamentales como la fuerza fuerte, la débil y la electromagnética. La intensidad de estas fuerzas no siempre es la misma, depende en gran medida de la energía a la que las partículas elementales se aceleran y colisionan entre sí.
Referencia:
Javier Aparisi et al. “mb at mH: the running bottom quark mass and the Higgs boson”. Phys. Rev. Lett., 2022
Este científico liderara a partir de 2026 el mayor laboratorio de física de partículas del mundo. Mark Thomson tendrá el reto de impulsar proyectos de enorme envergadura, como la posible construcción de un nuevo acelerador de casi 100 kilómetros de longitud, que transformaría el panorama de la física.
Investigadores del Instituto de Física Corpuscular han logrado medir en el laboratorio la formación de un elemento clave en la evolución de la composición química de los elementos pesados. Un isótopo de este elemento, el Plomo-204, se produce en estrellas gigantes rojas, responsables de la creación de la mitad de los elementos más pesados que el hierro en la naturaleza.
