En 2012 el CERN anunciava el històric descobriment del bosó de Higgs, l’última partícula del Model Estàndard que mancava per descobrir. Tretze anys després, continua donant-nos agradables sorpreses i resultats prometedors. Aquest mes de desembre s’ha publicat a la prestigiosa revista Physical Review Letters un estudi realitzat per la col·laboració ATLAS del CERN, amb participació destacada del IFIC, centre mixt del CSIC i la Universitat de València, que identifica una desintegració molt estranya d’aquesta partícula subatòmica.

En particular, el que s’ha observat al Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC) és una desintegració del bosó de Higgs en un muó i un antimuó, és a dir, en una parella composta per una partícula i la seva antipartícula. Lo interessant d’aquesta observació és la baixíssima probabilitat de que ocórrega: el procés H→μ+μ-  té sols un 0.022% de probabilitat de succeir (segons el model estàndard). L'estudi d'esta desintegració tan rara és especialment interessant perquè ens obri una nova finestra per a veure com el Higgs interacciona amb els fermions de la segona generació (un grup de partícules que engloba als muons, a alguns tipus de quarks i al neutrino muònic).

L’anàlisi.

Este mode de desintegració és el més rar dels possibles modes de desintegració del Higgs que s’han observat fins ara. Anteriorment, la col·laboració ATLAS havia estudiat l’acoblament del bosó de Higgs amb fermions (procés conegut com acoblament de Yukawa), però amb fermions més pesants. Per tal de poder observar l’acoblament de Yukawa amb els muons, s’ha hagut d’analitzar conjuntament les dades del Run2 i les del Run3 del LHC (els Runs del LHC són els seus períodes actius, on recol·lecta dades de col·lisions, seguits de parades tècniques). Aquest anàlisi ha sigut tot un repte ja que les condicions del detector no s’han mantingut estables durant tota la presa de dades. En particular, han canviant l’energia (13 i 13.6 TeV) i la intensitat dels feixos.

Per altra banda, la identificació d’un fenomen tan poc freqüent és extremadament complexa. Cal extraure un senyal feble que està envoltat per un gran soroll de fons, que prové d’altres processos que donen un estat final semblant. És com trobar una agulla en un paller. Salvador Martí, investigador científic del CSIC i membre del equip de l’IFIC que ha participat i liderat part de l’anàlisi aclareix que: «com el senyal H→μ+μ-  és tan feble, i el fons del model estàndard tan gran, hem hagut de combinar tots els processos de producció per aplegar a un nivell de significança de 3.4 σ, i estudiar cada procés minuciosament». Un ingredient important de l’anàlisi ha sigut la calibratge del muons registrats per ATLAS. Coneixent amb molta precisió les energies d’aquests partícules ha sigut més fàcil identificar el fenomen, ja que ha permés poder discernir en la distribució de la massa invariant dels muons un menut pic que correspon al senyal de H→μ+μ-, que destaca sobre el gran fons. Tamar Zakareishvili (IFIC) comenta que per aconseguir una bona resolució en el moment dels muons: «hem afinat moltíssim el nostre calibratge estudiant els biaix que inicialment teníem amb les desintegracions del Z i J/ψ a μ+μ- ».

Aquest resultat, comenta de nou Salvador Martí, «representa un pas més endavant per comprendre millor l’acoblament de Yukawa en el model estàndard i entendre millor l’estructura de la matèria». Veurem que noves sorpreses ens regala el bosó de Higgs en el futur.