Nuevo escenario de multiverso parece explicar característica misteriosa del bosón de Higgs.

Por Michelle Starr

Tito D'Agnolo y Daniele Teresi son los autores de la teoría de la "naturalidad deslizante", un novedoso modelo físico que propone un multiverso en el que los universos con bosones de Higgs pesados colapsan, dejando tras de sí universos supervivientes con bosones de Higgs ligeros como el nuestro. Su teoría también proporciona una solución conjunta al problema de la fuerza-CP, explicando potencialmente la materia oscura y prediciendo firmas experimentales en experimentos de materia oscura, axiones y EDM hadrónicos.

Punto en el LHC donde haces de partículas chocan con altas energías.

Cuando investigadores del Gran Colisionador de Hadrones descubrieron la escurridiza partícula de Higgs en 2012, fue un hito para la física de partículas. Resolvió un problema muy espinoso, validando y permitiendo que se mantuviera el Modelo Estándar de la física de partículas.

Pero, como suele ocurrir con los nuevos descubrimientos, aunque algunas preguntas encontraron una respuesta satisfactoria, surgieron de nuevo otras. Y en el caso del bosón de Higgs, una de esas preguntas se refiere a su masa. Según las predicciones, la partícula debería ser unas tres veces más pesada que los 125 giga electronvoltios que pesa.

Las trayectorias de las partículas chocando nos muestran evidencia de la existencia efímera de partículas que solo existen en ambientes de mucha más alta energía, como el bosón de Higgs.

No sabemos con certeza por qué no es más pesada, pero un nuevo artículo presenta una solución fascinante. Según los físicos Raffaele Tito D'Agnolo, de la Universidad Paris Saclay en Francia, y Daniele Teresi, del CERN, el problema se puede resolver si, en el momento del Big Bang, el Universo estaba formado por muchos universos, es decir, un multiverso.

Los cálculos de los físicos no solo solucionan la masa del bosón de Higgs, sino que también resuelven un problema aparentemente no relacionado en el Modelo Estándar: la preservación de la simetría en la fuerza fuerte que une las partículas elementales que forman toda la materia normal.

El modelo de este equipo parte de un universo que ser''ia una multitud de universos. Cada universo de este multiverso tiene un bosón de Higgs con una masa diferente: algunos son muy pesados y otros muy ligeros.

A continuación, los físicos calcularon cómo evolucionarían estos universos con el tiempo. Descubrieron que los universos con bosones de Higgs más pesados se vuelven inestables y colapsan muy rápidamente en un «big crunch», en apenas una fracción de segundo.

Los universos con bosones de Higgs más ligeros, en cambio, logran sobrevivir y seguirse expandiendo. En este escenario, nuestro universo prevaleció como quizás el único superviviente del catastrófico crunch del multiverso, por poseer un bosón de Higgs muy ligero.

En este modelo surge también algo curioso. La fuerza fuerte es una de las fuerzas fundamentales del universo. Sirve de pegamento para partículas fundamentales llamadas quarks dentro de los protones y los neutrones y, por lo tanto, une esos protones y neutrones para formar núcleos atómicos. Por lo tanto, es muy importante para la existencia continuada de literalmente todo.

La teoría que describe la fuerza fuerte se denomina Cromodinámica Cuántica. Según la mayoría de los modelos de cromodinámica cuántica, las fuerzas atómicas fuertes no necesitan ajustarse a algo llamado simetría de paridad de carga, o simetría CP (Charge Parity); sin embargo, por alguna razón, lo hacen. Esto se conoce como el problema de la CP fuerte.

D'Agnolo y Teresi descubrieron que las interacciones fuertes simétricas también contribuyen a evitar un colapso. Así pues, una combinación de un bosón de Higgs ligero y la simetría CP en la fuerza fuerte podría haber contribuido a la supervivencia a largo plazo de nuestro universo cuando los otros desaparecieron.

Por supuesto, todo esto es muy teórico, y esta es solo una de las muchas explicaciones posibles para la masa del bosón de Higgs. Pero ofrece vías de exploración para ayudar a resolver algunos de los otros misterios pendientes de nuestro universo.

«Nuestro modelo se distingue por ser sencillo, genérico y por resolver estos dos enigmas aparentemente no relacionados al mismo tiempo», afirmó Teresi. «Además, predice características muy específicas en los datos que encontremos en los experimentos que tienen como objetivo buscar materia oscura o un momento dipolar eléctrico en el neutrón y otros hadrones».

Investigar el bosón de Higgs no es una tarea fácil, ya que tiene una vida útil de aproximadamente una septillonésima de segundo antes de desintegrarse en partículas menos masivas. Los físicos tratan de comprender el bosón de Higgs estudiando estas partículas menos masivas, pero es una tarea muy laboriosa.

Los futuros trabajos experimentales deberían permitir comprobar la teoría de este equipo, ya que su trabajo también predice la existencia de una nueva partícula. El Gran Colisionador de Hadrones inició su tercera etapa de colisiones en abril de 2022 y seguirán corriendo hasta algún momento de 2025. Será fascinante ver qué surge como resultado de esto. Esta investigación ha sido publicada en el Physical Review Letters: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.021803