El bosón de Higgs es como un diapasón que suena en una nota perfectamente definida. Pero los físicos han aprendido a escucharlo incluso cuando la nota se desafina, en la región que llaman «fuera de resonancia». Precisamente allí, en los datos del detector CMS, se escondían las respuestas a las preguntas sobre de qué está hecho realmente el mecanismo de Higgs.
En las colisiones de protones a la energía récord de 13 TeV se producían pares de bosones Z y, a través de ellos, partículas de Higgs con una masa muy alejada de los habituales 125 GeV. Esa señal «desafinada» permitió comprobar por primera vez directamente la hipótesis de si el bosón de Higgs es compuesto, como el átomo o el protón. Resultó que, si tiene estructura interna, está escondida a escalas por debajo de 870 GeV. Es como si el diapasón no mostrara ninguna pieza interna ni siquiera cuando se lo golpea con un martillo con una fuerza siete veces mayor de lo normal.
La segunda sorpresa llegó de la mano de los quarks ligeros. Antes, su contribución a la producción de Higgs casi no podía detectarse: se ahoga en el «ruido» de las partículas más masivas. Pero combinando los datos de las regiones con y sin resonancia, los físicos lograron aislar ese débil susurro e imponerle las restricciones más severas hasta la fecha. De paso, midieron la vida media del bosón: 5,1 MeV en unidades de energía, unos 10⁻²² segundos. Es comparable al tiempo que tarda la luz en recorrer una distancia cien veces menor que el núcleo atómico.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2607.23352
Measurements of Higgs boson production in the off-shell region are presented, using the four-lepton decay channel. Data from proton-proton collisions at the CERN LHC, collected by the CMS experiment and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$$^{-1}$$ at a center-of-mass energy of 13 TeV, are utilized. The first direct test of composite Higgs boson models is performed, with a lower limit on the compositeness scale $$\Lambda_\mathrm{H}$$ set at 870 GeV at the 95% confidence level. Tests of gluon-fusion production within the standard model effective field theory framework are performed. The first constraint on the Higgs boson self-coupling in the off-shell region is obtained. By combining on- and off-shell measurements, the analysis sets the tightest constraints to date on light-quark Yukawa couplings, while relaxing assumptions such as the bound on the Higgs boson coupling to vector bosons, thereby providing more model-independent results. Constraints on the Higgs boson width are provided while accounting for a range of beyond-the-standard-model effects, including both light and heavy particles in the gluon-fusion production loop, as well as modified couplings to vector bosons. A combined analysis of the H$$\to$$ZZ and PH$$\to$$WW channels is performed to improve sensitivity to the Higgs boson width, yielding $$\Gamma_\mathrm{H}$$ = 5.1$$^{+2.0}_{-1.8}$$ MeV. The scenario of no off-shell Higgs boson production is excluded at a confidence level exceeding 5 standard deviations.
La anchura del bosón de Higgs medida en este análisis es de unos 5 MeV. Traducido a unidades más familiares, corresponde a una vida media de aproximadamente 10⁻²² segundos. En ese tiempo, la luz recorre una distancia cien veces menor que el diámetro del protón.
En la novela «El problema de los tres cuerpos» de Liu Cixin, una supercivilización manipula las constantes físicas: búsquedas como esta de la naturaleza compuesta del campo de Higgs podrían ser el primer paso para detectar semejante intromisión.