Un experiment de l’LHC observa un rar procés amb quatre quarks top, les partícules més massives conegudes
La col·laboració científica internacional que opera l’experiment ATLAS en el Laboratori Europeu de Física de Partícules (CERN) acaba d’anunciar la primera observació de la producció simultània de quatre quarks top a les col·lisions de l’accelerador de partícules. L’Institut de Física Corpuscular (IFIC, UV-CSIC) té un paper destacat en aquesta troballa considerada clau per buscar noves partícules més enllà del Model Estàndard.
El quark top és la partícula elemental més massiva coneguda, per la qual cosa requereix molta energia per produir-se. El Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC) del CERN, l’accelerador de partícules més gran i més potent del món, és l’únic capaç de produir alhora quatre quarks top, el procés més rar observat fins ara i que produeix l’estat final més pesat. L’Institut de Física Corpuscular (IFIC), centre mixt de la Universitat de València (UV) i el Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC), hi participa.
El quark top, una de les ‘rajoles’ que componen tot el que veiem en l’univers, pot tindre la clau del mecanisme que genera la massa, donat que és la partícula elemental més pesada del Model Estàndard, la teoria que descriu l’univers visible . L’estudi de la producció de quatre quarks top és particularment important; una espècie de ‘Sant Grial’ de la recerca de ‘nova física’.
La Col·laboració ATLAS, un dels dos grans experiments de l’LHC on participen més de 5.000 científics i tècnics de tot el món, havia trobat indicis de la producció simultània de quatre quarks top a les dades obtingudes entre 2015 i 2018 (Run 2). Ara, l’equip científic d’ATLAS ha revisat la cerca aprofitant les millores en el rendiment del detector, noves tècniques d’anàlisi –entre les quals hi ha l’aprenentatge automàtic anomenat Graph Neural Network– i una millor comprensió dels principals processos de fons. Tot açò fa que el resultat, presentat la setmana passada en la conferència de Moriond, arribe als sis sigmes de confiança estadística i confirme la troballa.
Participació espanyola
Els grups de recerca de l’Institut de Física Corpuscular i de l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) han tingut una gran rellevància en la cerca de processos rars amb quarks top. Marcel Vos, investigador de l’IFIC, és el coordinador del grup de física de top de l’experiment ATLAS, mentre que Aurelio Juste, investigador de l’IFAE, és el president del consell editorial que n’ha revisat la publicació.
L’entusiasme que provoca la troballa a la comunitat científica de física de partícules prové de l’espectacular estat final. Amb 4 quarks top, les masses restants sumen per si soles 700 gigaelectrovolts (GeV), prop de l’energia de col·lisió màxima assolida en l’anterior accelerador de partícules més potent, el Tevatron a Fermilab (EUA). El fet que l’LHC puga descobrir aquest procés és un testimoni del gran poder d’aquesta màquina complexa.
“Amb el temps es podrà confirmar si és el primer senyal d’una contribució inesperada de la física a aquest procés més enllà del Model Estàndard, o si mesuraments més precisos en el futur coincidiran amb el model. Ara com ara, CMS, l’altre gran experiment de l’LHC, també ha confirmat aquesta observació”, apunta Marcel Vos.
La Col·laboració ATLAS continuarà impulsant la precisió d’aquest mesurament durant el Run 3 de l’LHC, que està en curs des del 2022. Els estudis futurs brindaran informació addicional sobre el senyal observat, cosa que ajudarà a determinar si realment coincideix amb el Model Estàndard o si hi ha indicis de nous fenòmens físics que conduïsquen a una comprensió més profunda de la naturalesa fonamental de l’univers.
