Un fenómeno increíblemente raro conocido como quark superior único se ha observado como parte de un experimento del LHC, allanando el camino para que los científicos obtengan una comprensión más profunda de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) observó este único quark superior junto con las partículas W y Z. Se trata de un proceso extremadamente raro en el que las colisiones de protones se producen sólo una vez entre un billón.
Encontrar este evento en los datos del LHC es como buscar una aguja en un pajar del tamaño de un estadio olímpico.
Apuntando a una nueva física más allá del modelo estándar
La producción de un único quark superior, el bosón W y el bosón Z, conocido como producción tWZ, abre una nueva ventana para comprender las fuerzas fundamentales de la naturaleza.
Al estudiar en detalle la producción de tWZ, los físicos pueden examinar cómo interactúa el quark top con la energía débil proporcionada por los bosones W y Z.
Además, el quark top es la partícula fundamental más pesada conocida, lo que significa que tiene la interacción más fuerte con el campo de Higgs, por lo que estudiar el proceso tWZ podría proporcionar una comprensión más profunda del mecanismo de Higgs.
También puede revelar signos de nuevos fenómenos y física que van más allá del modelo estándar.
Técnicas analíticas avanzadas para identificar productos tWZ
Sin embargo, observar la generación de tWZ no es fácil. Este no sólo es uno de los procesos del Modelo Estándar más raros que se observan actualmente en el LHC, sino que también es extremadamente complejo de analizar.
Este proceso es similar a otro proceso conocido como producción ttZ, en el que se producen quarks top y antitop junto con el bosón Z. Esta generación ttZ ocurre aproximadamente 7 veces más frecuentemente que la generación tWZ. Esto significa que hay mucho ruido de fondo que los investigadores deben identificar y tener en cuenta.
Alberto Belvedere, investigador que trabaja con CMS en DESY, explica: «Debido a su rareza y similitud con el proceso ttZ, observar la producción de tWZ requiere técnicas analíticas avanzadas, incluido el aprendizaje automático de vanguardia».
Utilizando algoritmos de aprendizaje automático, los investigadores pudieron separar la señal de la generación tWZ de los datos de fondo.
Descubriendo los secretos más esquivos de la naturaleza en el LHC
La colaboración CMS encontró que la tasa de formación de tWZ era ligeramente mayor de lo predicho por la teoría.
Los datos y análisis futuros revelarán si esto es sólo una variación estadística o si podría ser el primer indicio de algo más allá de las leyes conocidas de la física.
«Cuando están involucradas interacciones y partículas desconocidas, la desviación observada entre las tasas medidas y predichas de producción de tWZ aumenta rápidamente con el aumento de la energía de las partículas salientes, un efecto específico del proceso tWZ», dijo Roman Kogler, co-investigador de CMS en DESY.
Hasta ahora, la colaboración CMS ha observado un fenómeno extremadamente raro en el que una colisión protón-protón ocurre sólo una vez entre un billón.
Este raro fenómeno de un solo quark superior es otro recordatorio de la capacidad del LHC para revelar los secretos más esquivos de la naturaleza como parte de sus experimentos.
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