La colaboración CMS (Compact Muon Solenoid) en el LHC del CERN ha realizado la medición más precisa jamás conseguida de la masa del quark top, la partícula elemental más pesada conocida. El último resultado de CMS estima el valor de la masa del quark top con una precisión del 0.22%. Este aumento en la precisión de la medida se debe a los nuevos y mejorados métodos y procedimientos de análisis, que consiguen tratar de forma coherente y simultánea las diferentes incertidumbres de la medición.
Para realizar esta última medida de la masa del quark top, utilizando datos de colisiones protón-protón del LHC recogidos por el detector CMS en 2016, el equipo de CMS midió cinco propiedades diferentes de los eventos de colisión en los que se produce un par de quarks top, dos propiedades más respecto a las analizadas en mediciones anteriores. Estas propiedades dependen de la masa del quark top y, por tanto, su análisis permite estimar el valor de la masa de este quark pesado.
Además, la colaboración CMS llevó a cabo una calibración extremadamente precisa de los datos del detector y obtuvo gran conocimiento sobre las incertidumbres experimentales y teóricas que podían afectar a la medida, así como sus interdependencias. Con este método innovador, todas estas incertidumbres se extrajeron también durante el ajuste matemático que determina el valor final de la masa del quark top, permitiendo a los investigadores conocer el valor de las incertidumbres con mucha más precisión. El resultado obtenido de la masa del quark top, 171.77 ± 0.38 GeV, es coherente con las mediciones anteriores y con la predicción del Modelo Estándar.
La masa del quark top, clave para entender el cosmos
Conocer con precisión la masa del quark top es de suma importancia para entender nuestro mundo en su escala más pequeña, entre otros motivos, porque permite comprobar la consistencia interna del modelo matemático que describe todas las partículas elementales, el Modelo Estándar. Por ejemplo, si se conocen con exactitud las masas del bosón W y del bosón de Higgs, se puede predecir la masa del quark top mediante el Modelo Estándar. Del mismo modo, utilizando las masas del quark top y del bosón de Higgs, se puede predecir la masa del bosón W.
Por otra parte, nuestro conocimiento acerca de la estabilidad del universo depende de nuestro conocimiento sobre las masas del bosón de Higgs y del quark top. Los valores y la precisión de las medidas actuales de la masa del quark top parecen indicar que nuestro universo está muy cerca de un estado metaestable. No obstante, si la masa del quark top fuera ligeramente diferente, el universo sería menos estable a largo plazo, pudiendo llegar a desaparecer en un evento violento similar al Big Bang.
Participación española en la colaboración CMS
En CMS participan alrededor de 4.000 científicos y técnicos de más de 50 países. La participación española en este experimento se consolida con grupos de investigación del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), de la Universidad de Oviedo (UO), de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), del Instituto Tecnológico de Aragón (ITAINOVA) y del Centro Nacional de Microelectrónica (CNM), los cuales participan activamente en tareas de operación y mantenimiento de los detectores, con una fuerte presencia en las actividades de alineamiento, calibración y análisis de datos. Estos grupos de investigación forman parte de la red CPAN.
