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Últimos resultados sobre búsquedas de nuevos procesos físicos en el LHC por el grupo CMS del CIEMAT

Últimos resultados sobre búsquedas de nuevos procesos físicos en el LHC por el grupo CMS del CIEMAT 

23/04/2021

Partículas elementales y astropartículas

Uno de los temas más candentes en la actualidad en investigación en Física de Partículas Elementales es la comprensión del Universo y sus leyes físicas a nivel subnuclear, más allá de la teoría comúnmente aceptada, el denominado Modelo Estándar (ME) de partículas y sus interacciones. A pesar de su gran capacidad para explicar los procesos subatómicos, sabemos que el ME no es la teoría definitiva, ya que deja preguntas importantes por responder. La Unidad CIEMAT-Física de Partículas (Departamento de Investigación Básica), participante en la colaboración CMS (Solenoide Compacto de Muones), trabaja en la búsqueda de una de estas nuevas partículas, el hipotético bosón W' (Wprima).

Tratando de encontrar respuestas, se han propuesto muchas ideas teóricas que podrían apuntar a la existencia de nuevos procesos físicos. Muchas de estas teorías tienen algo en común: introducen nuevas partículas masivas o comportamientos diferentes de las partículas ya conocidas. Si estos nuevos fenómenos existen en la naturaleza, el colisionador de protones LHC (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear -Ginebra, Suiza) puede ser una herramienta óptima para observarlos. El experimento CMS, situado en el LHC, aborda esta cuestión buscando esas hipotéticas nuevas partículas, que arrojen luz en la cuestión.

La Unidad CIEMAT-Física de Partículas, participante en la colaboración CMS, es responsable de la búsqueda de una de estas nuevas partículas, el hipotético bosón W' (Wprima). La investigadora Irene Bachiller Perea, estudiante de doctorado de dicha unidad, ha realizado su trabajo doctoral en este tema, analizando los datos tomados por CMS durante el periodo llamado Run 2 del LHC, correspondiente a los años 2016, 2017 y 2018. Irene ha presentado, en representación de la colaboración CMS, los resultados recientemente obtenidos, en dos de las conferencias internacionales más importantes del campo: Moriond EW 2021 y XXVIII International Workshop on Deep-Inelastic Scattering and Related Subjects, (DIS 2021). También fueron expuestos en el CIEMAT el día 25 de marzo (link) en el marco del ciclo de seminarios organizado por la Unidad CIEMAT-Física de Partículas.

Durante dicho seminario, la ponente explicó cómo una hipotética partícula W', producida en la colisión de protones, podría desintegrarse en un muón y un neutrino como figura en la imagen mostrada arriba. El análisis de estas colisiones permite buscar no sólo bosones W', sino también otros efectos tales como los debidos a la existencia de dimensiones espaciales adicionales a las ya conocidas, nuevas partículas supersimétricas, o indicios de una subestructura dentro de partículas conocidas, como por ejemplo el bosón de Higgs.

El análisis de los datos ha resultado estar de acuerdo con las predicciones del ME, dentro de  las incertidumbres experimentales de la medida y de la propia teoría. Este resultado permite limitar los posibles valores que pueden tomar los parámetros de varios modelos.  Estas nuevas medidas quedarán como legado de la operación del LHC durante el periodo Run 2, e ilustran la potente capacidad del LHC para buscar diversos fenómenos que van más allá del ME.

Los resultados obtenidos están al límite de las posibilidades experimentales actuales del LHC. Este acelerador y sus experimentos se encuentran hoy en día en fase de mantenimiento y mejora, y entrarán en funcionamiento de nuevo a primeros del próximo año, en el llamado Run 3 (2022-2024). Este nuevo periodo nos permitirá ampliar la ventana de búsqueda y adquirir una comprensión mejor de nuestro Universo, quizá desvelando las respuestas a algunos de los misterios actuales. 


Imagen 1. Visualizacion de un evento candidato a haberse producido un W' que se ha desintegrado en un muón (línea roja) y un neutrino (línea morada). Se representan las cámaras gaseosas que han detectado el muón (paralelepípedos en rojo), algunas de ellas construidas en el CIEMAT.

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