La producción del bosón de Higgs y de la cerveza

Esta figura ilustra como se «fabrica» un bosón de Higgs en las colisiones protón contra protón del LHC (CERN), junto a una botella de cerveza «Boson de Higgs» de Hopfenstark. La cerveza es fabricada mezclando cinco componentes básicos: malta (normalmente, de cebada, agua, levadura, agregados y otros aditivos (como lúpulo). La cerveza y el vino son las bebidas más utilizadas para aportar polifenoles con actividad antioxidante a nuestra dieta. En la cerveza los polifenoles provienen de la cebada y el lúpulo. Muchos estudios científicos sugieren que el consumo moderado de cerveza y/o vino podría tener efectos beneficiosos para la salud (prevenir ciertas enfermedades, particularmente ateroesclerosis y cáncer). Pero la mayoría de nosotros no consume cerveza y vino por dichos efectos. ¿Para qué queremos «fabricar» el bosón de Higgs? ¿Qué queremos entender del universo gracias al bosón de Higgs?

Lo más obvio, ¿es el Higgs descubierto este año el predicho por el modelo estándar? La única manera de saberlo es ajustar todos los datos recabados hasta ahora a un modelo efectivo de un bosón tipo Higgs general. Como muestra esta figura, a falta de la actualización del canal H→γγ tanto en CMS como ATLAS, que con seguridad eliminará los valores cercanos a cf ≈ −1, todo apunta a la confirmación de que se trata del Higgs predicho por el modelo estándar. Las diferencias entre el bosón descubierto y el predicho serán muy pequeñas, aunque desagrade a algunos físicos («Disappointingly, very good agreement with the SM so far»). Más información en Adam Falkowski, «Higgs after the discovery (and after HCP),» Talk at te Higgs Coupling Workshop Tokyo, 19 November 2012 [slides].

El Higgs puede ser una puerta de entrada hacia el futuro del modelo estándar. La física de precisión del bosón de Higgs nos ayudará a acotar la masa mínima de nuevas partículas más allá de lo que puede alcanzar una búsqueda directa con el LHC, tanto partículas electrodébiles (gracias al acomplamiento a dos fotones, sea H-γ‐γ), como partículas con carga de color (gracias al acomplamiento a dos gluones, sea H‐g‐g). El problema es que la física de precisión del Higgs no podrá ser realizada con el LHC del CERN y habrá que esperar a un nuevo colisionador específico, una fábrica de Higgs, como el futuro ILC. Gracias a este colisionador podremos estudiar la física de la interacción entre pares (HH) y tríos (HHH) de bosones Higgs, lo que nos permitirá conocer con detalle el potencial del campo de Higgs y con él la física del universo cuando solo contaba con una billonésima de segundo tras el big bang (gran explosión). Más información sobre el acoplamiento HHH en Julien Baglio, «Triple Higgs coupling measurement at the LHC,» Higgs Couplings 2012 (Tokyo), Nov. 19th, 2012 [slides]. Lo que nos permitirá descubrir el ILC sobre el Higgs en Keisuke Fujii (KEK), «Higgs Coupling & Self-coupling Measurements at ILC,» HC2012, Nov. 19, 2012 [slides]. Y lo que nos permitirá saber el LHC y el HL-LHC en Nick Styles (ATLAS & CMS Coll.), «Higgs Couplings and Self Couplings at a Future LHC,» HC2012, Tokyo, 19 Nov. 2012 [slides].

El LHC es una máquina para descubrir nueva física, pero no es la más adecuada para estudiar dicha física en detalle. La producción de bosones de Higgs en el LHC, un colisionador de hadrones, es muy «ruidosa» por culpa de la QCD (cromodinámica cuántica); como resultado solo uno de cada cien mil millones de eventos (colisiones en disco) son «interesantes» en relación a la física del Higgs. El bosón de Higgs es la partícula más exótica del modelo estándar, por ello su descubrimiento tiene profundas implicaciones: la primera partícula «elemental» de espín cero, el único bosón cuyos acoplamientos no están determinados por la simetría gauge y fundamental para entender los primeros instantes del universo (si el modelo estándar es metaestable, el Higgs podría ofrecer información muy relevante para la inflación cósmica primordial). Por todo ello hay más de 500 artículos de física en los últimos 5 años que afirman en su introducción que «la objetivo (principal) del LHC es descubrir el bosón de Higgs» (la “raison d’être” del LHC). Hay más de 11.000 artículos en Spires que contienen la palabra “Higgs” en su título. La búsqueda de la palabra «Higgs» en Google ofrece más de 22 millones de resultados. Nos lo recuerda Christophe Grojean (ICREA,IFAE/Barcelona), «Theoretical implications of the Higgs discovery,» Higgs Couplings 2012, Tokyo, Nov. 20, 2012 [slides].

Como dice este anuncio de cerveza “No importa lo que veas, lo importante es lo que es… lo que importa es la cerveza.”