¿Es el bosón de Higgs una partícula elemental?

Recientemente me hicieron una pregunta a la que no supe responder y que me dejó con la duda. “¿Cómo podemos comprobar si el bosón Higgs es una partícula elemental o compuesta?” ¿Es el bosón de Higgs es una partícula elemental como el electrón o está formada por otras como el protón? Esta pregunta no debería ser las habituales mientras tomáis unas cervezas con amigos, a no ser que estéis en el CERN, pero si os sucede, podéis enviarles el enlace al blog y seguir con la cerveza.
En otras entradas hemos comentado que existen teorías que van más allá del Modelo Estándar (ME) de la física de partículas. Seguramente una de las más conocidas es Supersimetría, aunque hay muchas más. Estas teorías son importantes porque intentar resolver los problemas que hemos observado que posee el ME. Por el momento ninguna ha sido comprobada pero muchas se podrían descartar o verificar en el LHC.

Algunas de estas teorías predicen la existencia de un bosón de Higgs especial, este Higgs no sería una partícula elemental sino que estaría compuesta. Esta es la forma en que este tipo de teorías abordan uno de los problemas fundamentales del ME, el problema de la jerarquía. En el ME el bosón de Higgs es una partícula elemental, pero nada prohíbe que el Higgs este compuesto, con los resultados y experimentos actuales. Es por lo tanto lícito hacerse la pregunta, pero ¿cómo la podemos responder?

La física fundamental ha ido evolucionando durante los últimos años mediante la exploración de distancias cada vez más pequeñas. Esto ha sido particularmente cierto durante los últimos 100 años con el nacimiento de los aceleradores. Con los aceleradores hemos sido capaces de profundizar cada vez más en el interior de la materia. El átomo se creía la unidad indivisible hasta que se descubrieron los electrones. Que el átomo tenía un núcleo masivo muy pequeño se descubrió por “casualidad” bombardeando láminas de oro con una fuente radiactiva que emitía partículas alfa (núcleos de Helio). Alrededor de 1969 se descubrieron los quarks dentro de los protones haciendo chocar electrones contra protones. Si consideramos el protón estamos hablando de distancias de unos 0.000000000000001 m,  el tamaño del Higgs podría ser incluso 10000 veces más pequeño. El método “tradicional” no funcionaría en este caso, aunque por más razones que solo por el tamaño en realidad. Tenemos que buscar otro procedimiento que nos permita saber si el Higgs tiene algo en su interior. También en este caso necesitamos los aceleradores, pero habrá que buscar que efectos tendría un Higgs compuesto.

Al igual que no existe solo un tipo de modelo en Supersimetría, tampoco existe un solo tipo de modelo teórico con un Higgs compuesto. Pero la mayoría de ellos coincide en una serie de efectos, nueva física, que serían observables en los aceleradores, especialmente en LHC. Destacaremos tres puntos :

• Si el bosón de Higgs está compuesto, no vendría solo, deberían descubrirse además otros fermiones. En particular, tendríamos un compañero relativamente ligero del quark top, a una escala de energías alcanzable en LHC.
• Cambiarían los acoplos del Higgs a otras partículas y fracciones de desintegración del bosón Higgs. Esto se traduce en que la tasa de producción del Higgs y su desintegración no coincidirían con las predicciones del Modelo Estándar.
• El número de colisiones que producen dos bosones W debería tener una dependencia fuerte con la energía. Esto ocurre cuando una teoría predice la existencia de más de un bosón de Higgs como las teorías de Little Higgs, two-higgs-doublet models,…

Es posible que no hayáis entendido los puntos anteriores o sencillamente no me haya explicado bien. Para explicarlo correctamente sería necesario un curso avanzado de física. Pero la conclusión es que para saber si el bosón de Higgs es un partícula elemental o no tendremos que buscar todos estos efectos en LHC, con uno solo sería difícil obtener la certeza ‘absoluta’. Esto se estudiará en LHC cuando vuelva a funcionar con mayor energía en 2015. En realidad no lo hacemos porque queramos saber si el Higgs está compuesto, que también, sino porque esto apuntaría a la existencia de física más allá del Modelo Estándar y darían pistas de que tipo de modelo se esconde detrás.