La colaboración CMS del CERN acaba de dar un nuevo paso en la comprensión del bosón de Higgs, al explorar su desintegración en un par de quarks encanto (quarks c). Este avance podría ayudarnos a entender mejor cómo esta misteriosa partícula otorga masa a la materia.
Fotografía del experimento CMS (Imagen: CERN)
El bosón de Higgs, descubierto en 2012 gracias al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), es fundamental en el Modelo Estándar de la física de partículas, ya que explica por qué las partículas tienen masa. Hasta ahora, los científicos habían confirmado que el Higgs interactúa con los quarks más pesados (top y bottom). Pero para los quarks más ligeros –como el quark encanto, el quark arriba o el quark abajo, que componen la materia ordinaria– las pruebas aún faltaban.
Para avanzar, los investigadores observan cómo el bosón de Higgs se transforma tras su creación, especialmente cuando se desintegra en quarks. Recientemente, en un seminario en el CERN, la colaboración CMS presentó un análisis inédito: buscaron detectar eventos donde un bosón de Higgs se produce con dos quarks top, y luego se desintegra en dos quarks encanto. Para lograrlo, utilizaron herramientas de inteligencia artificial de vanguardia.
Detectar tal evento no es sencillo. Los quarks, al crearse, se transforman en chorros de partículas llamados "jets", que son muy similares entre sí. Distinguir un jet procedente de un quark encanto de los producidos por otros quarks es extremadamente difícil. Los métodos clásicos no bastan. Por eso hubo que innovar.
"Hemos replanteado completamente nuestra forma de analizar estos datos, explica Sebastian Wuchterl, investigador del CERN. Como los quarks encanto son aún más discretos que los quarks bottom, hemos usado algoritmos de aprendizaje automático de última generación para aislar su rastro entre otros eventos."
Los físicos utilizaron dos tipos de algoritmos. El primero, una red neuronal gráfica, permite identificar los famosos jets de los quarks c. El segundo, un transformador (similar al usado por ChatGPT, pero aquí para clasificar eventos), ayuda a distinguir las señales de desintegración del Higgs del ruido de fondo. Estas herramientas se entrenaron con cientos de millones de datos simulados para ser lo más precisas posible.
Gracias a los datos recopilados entre 2016 y 2018, combinados con otros análisis previos, el equipo CMS logró establecer los límites más estrictos hasta ahora sobre cómo el bosón de Higgs podría interactuar con el quark encanto. En concreto, redujeron la incertidumbre en un 35% respecto a resultados anteriores –un progreso significativo para probar las predicciones de la teoría actual.
"Es un avance mayor, indica Jan van der Linden, investigador de la Universidad de Gante. Con más datos en los próximos años y herramientas aún mejores, podríamos observar directamente esta interacción entre el Higgs y los quarks encanto –algo que parecía inalcanzable hace poco."
A medida que el LHC continúa sus experimentos, las mejoras en la identificación de quarks c y la clasificación de eventos abrirán camino a futuros descubrimientos. CMS, junto con ATLAS –el otro gran experimento del LHC– podrían pronto confirmar que el bosón de Higgs se desintegra en quarks encanto. Esto representaría un nuevo paso hacia la comprensión completa de cómo todas las partículas de materia obtienen su masa, mientras se prueba más a fondo un modelo teórico de 50 años.