Los electrones y los quarks son las partículas elementales que forman todo lo que vemos en el Universo. De las tres familias de quarks que se conocen, el quark top es el más masivo, pesa tanto como un núcleo de oro siendo mucho más pequeño. Esto hace difícil crearlo en el laboratorio, algo que solucionó el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, el acelerador de partículas más potente del mundo, que produce millones de quarks top. Gracias al LHC, los científicos pueden estudiar su relación con la producción de nuevas partículas. Frédéric Déliot, coordinador del grupo de estudio del quark top en el experimento ATLAS del LHC, imparte un coloquio sobre esta partícula elemental en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València), dentro del programa Severo Ochoa como centro de excelencia.

En el zoo de partículas subatómicas, el quark top es la más masiva que se conoce: 173 GeV (gigaelectronvoltios), bastante más que el famoso bosón de Higgs (125 GeV). Pero, mientras que el electrón se descubrió en 1897 y el protón en 1919, tuvo que pasar casi un siglo para que los científicos fueran capaces de crear un acelerador de partículas tan potente como para generar el quark top. Fue el último de los quarks en descubrirse, en 1995 en el extinto Tevatron de Fermilab (EE.UU.).

El panorama cambió con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que desde 2010 produce millones de quarks top al año gracias a la energía sin precedente a la que hace chocar protones. Esta verdadera ‘fábrica’ de quarks top permite a los científicos profundizar en el conocimiento de esta partícula elemental, algo de por sí relevante: al ser la más masiva del llamado Modelo Estándar de Física de Partículas (teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones), es la que más influye en la masa del bosón de Higgs, la partícula que genera la masa del resto. Según la interpretación de físicos como Stephen Hawking, si la masa del Higgs fuera distinta no existiría el Universo tal como lo conocemos.

Además de contribuir a que vivamos en el Universo actual, el quark top tiene un papel especial en muchas de las teorías que proponen la existencia de nueva física más allá del Modelo Estándar. Una de las más conocidas es la Supersimetría, que propone la existencia de compañeras más masivas que las partículas elementales conocidas. En muchos modelos de nueva física, las nuevas ­­partículas tienden a desintegrarse en quarks top.

Por estas características, además de otras como que el quark top es el único que se desintegra antes de formar hadrones, el quark top es una herramienta muy útil para buscar esa nueva física, el próximo descubrimiento en el campo de la física de partículas. Potencial que conoce bien Frédéric Déliot, investigador del Comisariado Francés de la Energía Atómica (CEA-Saclay) y actual coordinador de la física del quark top en el experimento ATLAS del LHC. El físico francés lleva una década dedicada al estudio del top, primero como coordinador del grupo de trabajo dedicado a esta partícula en el experimento D0 de Tevatron y ahora en el acelerador del CERN.

Frédéric Déliot imparte un coloquio sobre la física del quark top en el Salón de Actos del Edificio de Cabecera del Parque Científico de la Universitat de València (entrada por calle Catedrático José Beltrán, 2) el lunes 12 de diciembre a las 12:30, invitado por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València). Este coloquio abre la quinta edición del taller dedicado al sigle top, que se celebra en el IFIC del 12 al 14 de diciembre y contará con 35 participantes de los distintos países que forman la colaboración ATLAS.

En el taller se discutirán los análisis a realizar durante los próximos años utilizando los datos disponibles y los previstos para el Run-II del LHC. Después de éxitos como la medida de la sección eficaz del canal-s, que se creía inalcanzable en LHC, se replanteará la estrategia del grupo. Búsqueda de nueva física y medidas de precisión capaces de poner en jaque al Modelo Estándar centrarán los objetivos del grupo.

Además del coloquio de Frédéric Déli, durante el taller y en sesión abierta, los físicos teóricos invitados Juan Antonio Aguilar y Rikkert Frederix hablarán de estudios interesantes tanto en el Modelo Estándar como más allá. Las sesiones abiertas y el taller son posibles gracias a la financiación aportada tanto por el Instituto de Física Corpuscular como por la Red LHC.

El IFIC tiene una amplia trayectoria en la física del quark top, tanto en medidas de precisión que ponen a prueba el Modelo Estándar como en búsqueda directa de nueva física, coordinando además el grupo de física del quark top en ATLAS en el pasado. El grupo de investigación del IFIC ha realizado varias medidas de precisión sobre el quark top, desarrollando un nuevo método para determinar su masa polo (parámetro fundamental del Modelo Estándar), estudiando con detalle su producción asociada a la posible existencia de un bosón de Higgs con carga eléctrica y observando las diferencias de carga en quarks top altamente energéticos.

Recientemente, el IFIC ha realizado medidas de polarización tanto en la producción como en la desintegración del quark top sensibles a nueva física. En relación a búsquedas directas de nueva física, en el IFIC se han buscado señales de nuevas partículas en la producción de pares de quarks top y actualmente se están explorando los datos más recientes del LHC para buscar nuevas partículas en la producción de quarks top, candidatas a formar la materia oscura. 

Más información:

http://indico.ific.uv.es/indico/conferenceDisplay.py?confId=2838