Los 'Tecni-Quarks' Extraños Pueden Esconderse Dentro De Una Partícula De Bosón De Higgs

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Las teorías han predicho por mucho tiempo la existencia de partículas de una adolescencia que podrían formar el bosón de higgs, y la investigación sugiere que tales tecni-quarks están al acecho en el universo.

Actualizado el 4 de abril a las 10:51 a.m. ET.

El bosón de Higgs, una partícula pensada para explicar cómo otras partículas adquieren su masa, es pequeña, pero puede que todavía no sea la partícula más pequeña. Las teorías han predicho por mucho tiempo la existencia de partículas aún más pequeñas que podrían formar el Higgs, y una investigación reciente sugiere que estos chirridos, tecni-quarks apodados, probablemente están al acecho en el universo.

Sin embargo, se necesitará la actualización del Large Hadron Collider (LHC), el acelerador de partículas más poderoso del mundo, o la próxima generación de colisionadores para detectar estos componentes de Higgs, dijo Thomas Fttov, físico de partículas de la Universidad del Sur de Dinamarca.

"Lo hemos determinado a solo unas pocas teorías que tienen las propiedades y características correctas para explicar la partícula de Higgs y el mecanismo de Higgs", dijo Ryttov.

El bosón de Higgs se descubrió en 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, en Suiza. Los científicos Peter Higgs, del Reino Unido, y Francois Englert de Bélgica, que trabajaron en la teoría del Higgs, recibieron el Premio Nobel de física 2013 por su investigación. [Más allá de Higgs: 5 partículas evasivas que pueden estar al acecho en el universo]

Problema de naturalidad

Pero hay un problema con un solo Higgs fundamental.

Se supone que esta partícula explica por qué los bloques de construcción más básicos de la materia tienen masa. Sin embargo, el vacío, tal como lo entienden los físicos a través del marco de la teoría cuántica de campos, la teoría matemática en la que se basan todos los resultados en la física de partículas, no está vacío, sino que consiste en una multitud de partículas "virtuales" invisibles que constantemente aparecen y fuera de existencia Se crean pares virtuales de partículas y luego se aniquilan rápidamente.

Cuando las partículas de Higgs pasan a través del vacío, se supone que interactúan con todas estas partículas virtuales, mientras que, en el proceso, aumentan su propia masa a valores enormes, unos 100 millones de millones de veces más que la medida en el LHC. Por lo tanto, su masa debería ser comparable a lo que se conoce como masa de Planck, que es la unidad fundamental de masa en el sistema de unidades de Planck, igual a 2.18 × 10-8 kilogramos

"La pregunta es, entonces, por qué la masa medida de Higgs es mucho más ligera que la masa de Planck", dijo Ryttov. "Este es exactamente el problema".

Para que este aumento de masa no ocurra, la teoría reinante de la física de partículas, llamada Modelo Estándar, requiere un alto grado de ajuste fino, para corregir las diferencias en la masa de Higgs medida y su llamada "masa desnuda", o La masa más pesada.

Esta necesidad de afinar se conoce como el problema de la naturalidad, "una espina en el ojo de los físicos de partículas teóricas", dijo Ryttov. "La teoría no es tan hermosa y elegante como podríamos esperar de una teoría que, en principio, debería describir toda la materia en el nivel más fundamental. El Modelo Estándar necesita una gran cantidad de ajustes", agregó.

Para eliminar la necesidad de un ajuste fino y seguir respondiendo a la pregunta de la masa de Higgs, los físicos han sugerido extensiones del Modelo Estándar, el más popular de los cuales es la supersimetría. Esta teoría propone un súper artículo más pesado, o "sparticle", para cada partícula en el Modelo Estándar. Sparticles entonces cancelaría el efecto de las partículas virtuales en el vacío, reduciendo la masa de Higgs y eliminando la necesidad de cualquier ajuste fino.

Sin embargo, hasta ahora no se ha observado ninguna de estas partículas supersimétricas hipotéticas.

Ir más pequeño

Pero hay muchas indicaciones teóricas de que la partícula de Higgs podría ser una compuesta, hecha de otras partículas más pequeñas, llamadas tecni-quarks, dijo Ryttov. "El problema se evapora si la partícula de Higgs está compuesta de ladrillos más pequeños de la naturaleza que se unen mediante una nueva fuerza, la fuerza tecnicolor, para formar el Higgs, similar a los quarks que se unen para formar protones y neutrones", dijo.

Así es como los tecni-quarks resolverían el problema de la masa: se necesitan enormes correcciones a la masa de los Higgs en el Modelo Estándar porque se supone que es una partícula fundamental, en otras palabras, no está hecha de otra cosa, con desaparición o cero., girar. [Física loca: las pequeñas partículas más frescas de la naturaleza]

Los tecni-quarks son partículas con un giro de la mitad, dijo Ryttov, por lo que al combinar dos tecni-quarks, es posible hacer una partícula compuesta con un giro que desaparece, como el Higgs. "Resulta que las teorías con solo tecni-quarks no tienen ningún problema de naturalidad", dijo Ryttov.

La idea de los tecni-quarks ha existido desde finales de la década de 1970, pero recientemente, ha habido varios desarrollos y mejoras importantes de los modelos originales.

En su último artículo, detallado en el sitio de prepublicación Arxiv, Ryttov y sus colegas han argumentado una vez más que los Higgs deben tener una estructura interna, aludiendo a un puñado de teorías que "tienen las propiedades correctas para solucionar el problema de ajuste fino el Modelo Estándar y volver a armonizar el mundo subatómico ", dijeron los investigadores.

Para hacerlo, Ryttov ha examinado varias teorías que tratan con un Higgs compuesto, para ver si podría haber alguna debilidad en ellas que se haya pasado por alto.Sin embargo, "todos salieron bien, lo que indica que podría haber algo real acerca de un Higgs hecho de aún más bloques de construcción", dijo.

Entendiendo la materia oscura

El físico teórico Kimmo Tuominen de la Universidad de Helsinki en Finlandia, que no participó en el trabajo de Ryttov, dijo que el documento del físico danés fortaleció la base de los modelos anteriores, aumentando su atractivo como una descripción de la naturaleza.

Y aunque la estructura interna de los Higgs sigue siendo especulativa, "los tecni-quarks siguen siendo una posibilidad viable que debería estudiarse a fondo" en experimentos futuros, dijo a WordsSideKick.com.

Una vez que se despierte el LHC en 2015, después de su siesta durante una actualización técnica, podrá operar a una energía de colisión máxima de 14 tera-electronvolts (TeV), y probar la naturaleza de la partícula de Higgs en detalle será De los principales objetivos del colisionador.

"La recopilación de más datos en energías de colisión más altas nos permitirá a nosotros probar más los modelos de tecnicolor", dijo Tuominen. "Si se descubriera que la partícula de Higgs está compuesta de más constituyentes elementales, implicaría que hay una nueva fuerza fundamental, y estas teorías también podrían proporcionar una comprensión de la materia oscura".

Nota del editor: Este artículo se actualizó para agregar un signo menos al superíndice de la masa de Planck.

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