La belleza límpida de las colisiones del LHC

Por Francisco R. Villatoro, el 1 agosto, 2020. Categoría(s): Bosón de Higgs • Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 1

Contemplas en Twitter esta colisión observada por CMS del LHC (CERN) y te alucina su belleza límpida; durante un rato la observas con asombro, pues algo te perturba. Muestra dos muones (curvas rojas) cuyo origen debe ser un bosón Z, y dos hadrones de cargas opuestas (líneas amarillas) cuyo origen debe ser otro hadrón (casi seguro son mesones); una colisión tipo pp → Zρ →μμππ, o pp → Zφ →μμKK (se trata de esta última, en concreto, pp → H → Zφ →μμKK). Pero sobresalen del círculo azul tres barras verdes de dos tonos, una abajo y otra arriba verde oscuras, y una arriba verde claro. El tono verde claro parece asociado a los calorímetros hadrónicos y el verde oscuro a los electromagnéticos; así las barras verde oscuro deben ser un par de fotones, pero la de arriba en verde claro pide a gritos una línea amarilla casi recta; su ausencia te perturba. Quien haya realizado la limpieza de esta imagen, ¿habrá sentido la misma «perturbación en la fuerza»? ¡Tanto le habría costado rematar la faena!

Por supuesto, se requiere un análisis cinemático en el centro de masas basado en la estimación de la energía de cada señal depositada en los calorímetros para salir de dudas. Además, una colisión en LHC Run 2 en mayo 2018 a 13 TeV c.m. no puede ser tan limpia. Si vas a limpiar una colisión para que se vea mejor el suceso más energético debes hacerlo bien, pensando en quien contemplará el resultado; dejar manchas sin limpiar causa desasosiego. ¿No te pasa lo mismo? La imagen aparece en Freya Blekman, «CMS searches for Higgs boson’s extremely rare decay to a Z boson and a meson,» CMS News, 29 Jul 2020, sobre el artículo CMS Collaboration, «Search for decays of the 125 GeV Higgs boson into a Z boson and a ρ or ϕ meson,» JHEP (submitted), CMS-HIG-19-012, arXiv:2007.05122 [hep-ex] (10 Jul 2020).

Cuando sigues el enlace citado en Twitter y llegas a la noticia en la web de CMS te encuentras con la colisión sin limpiar. Cuesta algo ver la línea amarilla casi recta necesaria para explicar la barra verde claro de arriba, pero si prestas atención podrás verla. Me parece que hubiera sido más apropiado resaltar las dos líneas amarillas de los dos kaones abajo en otro color, por ejemplo, en color naranja, dejando el resto de las líneas amarillas. Así la imagen brillaría en toda su belleza original.

Pero quizás haya sido a propósito. La verdad, este artículo de CMS no me hubiera llamado la atención si la limpieza no hubiera sido tan desconcertante. El artículo de CMS estudia un canal de desintegración del Higgs bastante «raro» (es decir, improbable), la desintegración en un bosón Z y un mesón vectorial neutro (vectorial significa que su espín total es uno, como el espín del bosón Z); o bien el mesón rho neutro ρ0(770), vía H0 → Z0ρ0, con ρ0 → π+π, lo que ocurre 0.001 % de las desintegraciones de un Higgs; o bien el mesón phi φ0(1020), que a veces se denota ϕ0, vía H0 → Z0φ0, con φ0 → K+K, lo que ocurre el 0.0005 % de ellas. Por cierto, el superíndice 0 encima de H, Z y φ no se suele poner (pues es obvio), pero es necesario para distinguir ρ0 de ρ+ y ρ (así que se los he puesto a todas estas partículas).

Para poder observar estas desintegraciones tan raras usando colisiones del LHC Run 2 a 13 TeV c.m., la colaboración CMS ha tenido que analizar 137 /fb (léase inversos de femtobarn) de colisiones (uno de cada doscientos mil Higgs se desintegra vía H → Zρ). Para obtener una señal clara de la presencia del bosón Z se han seleccionado colisiones donde se desintegra en dos leptones Z → ℓℓ, tanto electrones Z → ee, como muones Z → μμ; recuerda que la desintegración en una pareja de «electrones» quiere decir que es una desintegración en un par electrón-positrón, Z → e+e, y lo mismo para la pareja de «muones», que quiere decir un par muón-antimuón, Z → μ+μ; en física de partículas cuando los superíndices son obvios se suelen omitir para facilitar la escritura (lo que podría confundir a algunos legos).

Como puedes observar en la figura, no se ha observado una señal significativa en la búsqueda de estas desintegraciones en CMS. Por tanto, en rigor, no hay noticia, pues no se ha observado nada; el número de colisiones analizadas es insuficiente, así que habrá que esperar al LHC Run 3, que iniciará sus colisiones en 2022 y las finalizará en 2024 («LS2 Report: A new schedule,» CERN, 24 Jun 2020). Francis, ¿por qué te haces eco de esta no noticia de CMS en tu blog? Por la belleza límpida de una imagen perturbadora que he visto en Twitter.



1 Comentario

  1. En mi infinita ignorancia pensé por un momento, leyendo el primer párrafo, que la ausencia de la línea amarilla no era debido a la limpieza si no a nueva física. 😂

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