$CP$-odd form factor in the $HWW$ vertex

El universo está construido sobre un conjunto de fuerzas fundamentales que mantienen la materia unida y la separan. Durante décadas, los físicos han dependido de una teoría única y altamente exitosa llamada el Modelo Estándar para describir estas fuerzas y las partículas que las transportan. En el corazón de esta teoría se encuentra un campo especial que otoría masa a otras partículas, de forma muy similar a cómo atravesar agua espesa te ralentiza. La prueba física de este campo es una partícula conocida como el bosón de Higgs, descubierta en 2012. Desde ese descubrimiento, los científicos se han dedicado a medir sus propiedades con extrema precisión, comprobando si se comporta exactamente como predice la teoría o si muestra signos de algo nuevo e inesperado. Una de las formas más importantes de probar la teoría es observar cómo el bosón de Higgs interactúa con otras partículas, específicamente con los bosones W, que son los portadores de la fuerza nuclear débil.

Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en México analiza más de cerca una interacción muy sutil entre el bosón de Higgs y estos bosones W. En la visión estándar de la física de partículas, el bosón de Higgs puede desintegrarse en dos bosones W, pero debido a las leyes de la energía y la masa, es imposible que ambos bosones W sean totalmente estables y "reales" al mismo tiempo durante este proceso. Uno de ellos debe ser una partícula virtual fugaz que existe solo por una fracción de segundo antes de convertirse en otra materia. Los investigadores se centraron en una característica específica y rara de esta interacción que involucra una propiedad llamada "paridad", que esencialmente describe cómo se ve un sistema cuando se refleja en un espejo. Aunque las fuerzas principales suelen tratar a la izquierda y a la derecha de la misma manera, ciertos efectos cuánticos raros pueden crear una ligera diferencia. El equipo se propuso calcular exactamente qué tan fuerte es este efecto de ruptura de simetría de espejo dentro del Modelo Estándar, una pregunta que no había sido respondida con números anteriormente.

Utilizando potentes simulaciones por computadora para realizar cálculos complejos que involucran partículas apareciendo y desapareciendo en bucles, los investigadores descubrieron que este efecto de ruptura de simetría de espejo sí existe, pero es increíblemente tenue. Descubrieron que el efecto se genera solo cuando los dos bosones W tienen diferentes cantidades de energía, una condición que siempre es cierta en la desintegración de un bosón de Higgs. El tamaño de este efecto está determinado por los bucles de otras partículas, particularmente quarks pesados y leptones, que aparecen brevemente dentro de la interacción. Los investigadores calcularon que la fuerza de este efecto es aproximadamente una parte en cien mil. Para poner esto en perspectiva, si estuvieras tratando de detectar esta señal en una multitud de cien mil personas, estarías buscando a una sola persona que lleva el paso ligeramente desfasado. Este valor es demasiado pequeño para ser visto con la tecnología actual, que solo puede detectar señales que son unas diez mil millones de veces más grandes.

A pesar de ser demasiado pequeño para verse ahora mismo, encontrar este efecto es importante porque representa una predicción genuina del Modelo Estándar. Los investigadores demostraron que esta diminuta señal no es causada por una violación fundamental de la simetría en las leyes de la física, sino más bien por la forma en que las partículas se mueven e interactúan en bucles. Sin embargo, debido a que la señal es compleja y tiene una estructura matemática específica, crea un ruido de fondo que no puede eliminarse. Si los científicos en el futuro descubren un efecto de ruptura de simetría de espejo mucho mayor, necesitarán saber exactamente qué tan grande es este minúsculo ruido de fondo del Modelo Estándar para estar seguros de que están viendo algo nuevo. El estudio también analizó cómo este tenue efecto podría cambiar la forma en que las partículas salen disparadas de la desintegración. Encontraron que crea una preferencia muy ligera para que las partículas se muevan en una dirección u otra, o para que giren de una manera específica. Estas preferencias, conocidas como asimetrías, también son extremadamente pequeñas, con valores alrededor de uno en un millón o uno en diez millones.

El artículo concluye que, si bien estos efectos son reales y han sido calculados por primera vez, son actualmente invisibles para nuestros detectores más sensibles. El Gran Colisionador de Hadrones, la enorme máquina que descubrió el bosón de Higgs, aún no es lo suficientemente sensible para medir estas diminutas desviaciones. Los investigadores señalan que las mejoras futuras en la forma en que analizamos los espines y las direcciones de las partículas podrían eventualmente acercarnos a este objetivo. Hasta entonces, este trabajo sirve como un mapa crucial, definiendo la línea base exacta de lo que predice el Modelo Estándar. Asegura que, cuando finalmente veamos una señal que rompa el espejo, sabremos con certeza que proviene de una nueva física y no de un cálculo que pasamos por alto. El estudio confirma que el universo es consistente con sus reglas actuales, incluso en sus rincones más sutiles y ocultos.