Por CPAN.- El experimento CDF (Collider Detector at Fermilab) del acelerador Tevatron en EEUU ha obtenido la medición más precisa obtenida hasta ahora de la masa del bosón W. La medida también se muestra acorde con los límites de masa del bosón de Higgs. En este experimento participan el Instituto de Física de Cantabria, el Instituto de Física de Altas Energías de Barcelona y el CIEMAT.

Los científicos de la colaboración CDF, con participación del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria), el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)  y el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), han dado a conocer la medición más precisa obtenida hasta la fecha de la masa del bosón W, basada en datos recopilados en el acelerador Tevatron en Fermilab (EE.UU.).

La precisión de esta medida supera todas las mediciones anteriores juntas y restringe el espacio en el que la partícula de Higgs debe residir de acuerdo con el Modelo Estándar, el marco teórico que describe todas las partículas subatómicas y las fuerzas conocidas.

El resultado llega sólo un par de semanas antes de  que los físicos de los experimentos del Tevatron y el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN presenten sus últimos resultados de la búsqueda directa del bosón de Higgs en la conferencia anual que se celebra en Moriond (Italia). La partícula de Higgs es el último componente aún no descubierto del Modelo Estándar y forma parte de la teoría que explica el origen de la masa de las partículas fundamentales.

Los científicos de la colaboración CDF han medido la masa del bosón W con una precisión de 0,0002 por ciento, encontrando que la masa de la partícula es de 80.387 +/- 19 MeV / c2. Midieron la masa de la partícula de seis maneras diferentes, todas los cuales coinciden y se combinan para producir el resultado final. Los detalles de la medición se presentaron hoy en un seminario en Fermilab, y la información adicional se ha publicado en la página web de CDF.

Al igual que los bomberos utilizan diferentes métodos para reducir la localización de una persona atrapada en un edificio, los científicos emplean dos técnicas para encontrar el escondite de la partícula de Higgs: las búsquedas directas de las interacciones del Higgs y las mediciones de precisión de otras partículas y fuerzas.

Esta nueva medición de la masa del bosón W, una de las partículas mediadoras de la interacción nuclear débil (una de las cuatro fuerzas elementales de la naturaleza), junto con el límite inferior de la masa del Higgs establecido por los experimentos del LEP (el anterior acelerador del CERN) y la última determinación de gran precisión de la masa del quark top en Fermilab, triangula la localización de la masa de la partícula de Higgs, restringiéndola a 115 -145 GeV / c2.

Acorde con los límites del Higgs

Este resultado se muestra de acuerdo con las últimas búsquedas directas del bosón de Higgs en el LHC, que restringen su masa de 115 a 130 GeV / c2, y la realizada por Tevatron, que apuntan a un rango de masas del Higgs de 115 a 156 GeV / c2.

"Este resultado se corresponde con las predicciones del Modelo Estándar", dijo el coportavoz de CDF Rob Roser. "Esta masa del bosón W es exactamente lo que esperamos en el Modelo Estándar, e indica que si el bosón de Higgs existe, debe estar justo donde estamos buscando."

La colaboración DZero en el Tevatron espera dar a conocer sus resultados actualizados de la masa del W en las próximas semanas. Los resultados futuros de la caza del bosón de Higgs combinados con la nueva medición de la masa del bosón W proporcionarán la prueba más sólida hasta ahora de la fiabilidad del Modelo Estándar.

El investigador del IFCA Alberto Ruiz destaca que “esta medida constituye un paso importante en el estudio de las interacciones fundamentales de la materia y está muy relacionado con el mecanismo de Higgs, que es precisamente el que dota al bosón W de su masa, en el contexto de la teoría estándar”.

Si los experimentadores en el Tevatron y LHC no encontrasen el bosón de Higgs donde la masa del bosón W implica que debería estar, sugeriría que nuestra comprensión de la naturaleza plasmada en el Modelo Estándar está equivocada. Esto implicaría la existencia de otras partículas no descubiertas o nuevas fuerzas por descubrir que rigen la forma en que se comporta la materia.

"Esta es una de las medidas de precisión más importantes del Tevatron porque sirve como una prueba de fuerza para el Modelo Estándar. Todo tipo de nuevos modelos de física podrían, en principio, mostrarse en la medición de la masa W", dijo el co-portavoz de CDF Giovanni Punzi.

Los resultados de las colaboraciones CDF y DZero para la masa del W es probable que sean uno de los legados científicos de larga duración del Tevatron.

Participación española

La participación española en el acelerador Tevatron, que terminó su periodo operativo en septiembre de 2011, se concentra en el experimento CDF, un detector donde participan 500 científicos de 63 instituciones de 15 países. Investigadores del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria) participaron en el descubrimiento de las oscilaciones de los mesones Bs, un tipo de partícula que se forma en Tevatron cuyo estudio permite analizar las diferencias entre materia y antimateria. El IFCA también ha participado en el descubrimiento de la producción del quark top aislado de su antipartícula y en la búsqueda del bosón de Higgs de baja masa, junto con la Universidad de Oviedo.

Por su parte, científicos del CIEMAT han participado en la búsqueda de partículas supersimétricas y del bosón de Higgs, así como en medidas de la asimetría entre materia y antimateria. Además, han sido responsables de uno de los detectores más complejos de CDF, el detector de silicio, participando tanto en la operación como en la monitorización y análisis de datos de esta pieza fundamental para la búsqueda del bosón de Higgs de baja masa y de la asimetría materia-antimateria. En colaboración con varias universidades estadounidenses, los investigadores del CIEMAT han coordinado la búsqueda de partículas “exóticas” más allá del Modelo Estándar.

En cuanto al IFAE (consorcio Generalitat y Universidad Autónoma de Barcelona), varios de sus miembros forman parte de CDF desde 2003, cuando se hicieron responsables de vigilar la calidad de los datos obtenidos por el experimento. Miembros del IFAE han tenido importantes papeles en la coordinación tanto de las operaciones del detector como en la coordinación de los análisis de física. En concreto, este grupo ha jugado un papel central en el estudio de jets (chorros de partículas producidos en las colisiones), la búsqueda de partículas supersimétricas, la producción de quark top y sus propiedades y la búsqueda del bosón de Higgs.

Estos tres centros de investigación forman parte del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010 donde participan 26 centros y universidades de toda España y más de 400 investigadores. Uno de los principales objetivos del CPAN es promover la participación coordinada en este tipo de grandes experimentos internacionales.

FOTO: Esquema con los resultados de la masa del bosón W y del quark top obtenidos por el experimento CDF. Imagen: FERMILAB.