Cuántos bosones de Higgs se han producido en el LHC del CERN

Dibujo20130115 higgs boson - hugs bison

¿Cuántas colisiones se han producido en el LHC entre 2010 y 2012? Unos 1,8 mil billones. ¿Cuántos bosones de Higgs se han producido? Durante 2012 se ha producido un Higgs en el canal H→γγ cada 50 segundos y uno en el canal H→ZZ→4ℓ cada 14 horas (suponiendo una luminosidad instantánea de 7×10³³ /cm²/s). Obviamente, sólo unos pocos se encuentran en los sucesos seleccionados por los algoritmos de disparo (trigger). Se estima que en los datos en disco hay sólo unos 400 Higgs por experimento (unos 300 en el canal H→γγ, unos 10 en el canal H→ZZ→4ℓ, unos 60 tipo H→WW→2ℓ2ν, etc.). Podemos comparar este número con los bosones W, Z y quarks top seleccionados entre los mismos datos, en concreto, unos 100 millones, 10 millones y 0,4 millones, respectivamente. Nos los ha contado Eilam Gross, “Hunting the Higgs,” Higgs Symposium, Edinburgh, Jan. 2013 [slides].

Dibujo20130116 peter higgs
Fuente: Presentación del Centro Higgs de Física Teórica (Univ. Edimburgo).

El bosón de Higgs tiene una masa de 125,8 ± 0,4(stat) ± 0,5(syst) GeV/c² según CMS y 125,2 ± 0,3(stat) ± 0,6(syst) GeV/c² según ATLAS. La estimación para ATLAS está sesgada hacia abajo por culpa de sólo 8 sucesos en el canal H→ZZ→4ℓ, de los que 4 pueden ser Higgs y 4 fondo (ruido); se cree que hay una fluctuación estadística de la masa hacia abajo. Por todo ello la masa del Higgs se cree más próxima a 126 GeV que a 125 GeV.

Imagina que no existe nueva física entre la escala electrodébil y la escala de Planck. Parece casi imposible que no haya nada en unos 16 órdenes de magnitud en energía, pero el modelo estándar mínimo con el bosón de Higgs con una masa entre 125 y 126 GeV permite esta posibilidad; más aún, lo permite como una teoría débilmente acoplada en la que la teoría de perturbaciones permite realizar predicciones fiables y más fiables conforme la energía crece.

El modelo estándar mínimo no predice la masa del bosón de Higgs, que aparece en la teoría como un parámetro libre (con una masa mínima para su metaestabilidad de 111 GeV y una cota máxima de 175 GeV para que el polo de Landau esté por encima de la energía de Planck). Muchos físicos han utilizado física más allá del modelo estándar para predecir la masa del Higgs, como nos recopila Thomas Schücker, “Higgs-mass predictions,” arXiv:0708.3344 (v8) 14 Dec 2011.

Dibujo20130116 thomas schucker - theoretical higgs predictions

No tiene ningún sentido (ni matemático ni físico) pero en esta figura se muestra el histograma de las predicciones teóricas de la masa del Higgs recopiladas por Thomas Schücker a fecha de 2 de noviembre de 2010. La “predicción” bayesiana no se aleja mucho del valor correcto. Sin embargo, destaca una predicción entre todas ellas. Un Higgs con una masa de 126 GeV, con unos pocos GeV de incertidumbre, es predicho por la idea de gravedad asintóticamente “segura” (asymptotically safe gravity). Esta idea, introducida por Steven Weinberg en 1979, asume que hasta la escala de Planck la teoría final es combinación del modelo estándar y la gravedad de Einstein, sin nada más (salvo quizás los neutrinos estériles, las componentes quirales derechas de los neutrinos conocidos, que podrían explicar la materia oscura en el llamado modelo νMSM). Nos lo cuenta Mikhail Shaposhnikov, “Higgs boson mass and the scale of new physics,” The Higgs Symposium, Edinburgh, Jan 10, 2013 [slides].

Los interesados en otras charlas del Simposio Higgs podrán encontrarlas en este enlace. Uno de los ponentes, Matt Strassler ha dedicado tres entradas en su blog a este evento: “The Higgs Symposium in Edinburgh,” 9 Jan 2013; “Day 2 of Higgs Symposium,” 10 Jan 2013; y “Conclusion of the Higgs Symposium,” 14 Jan 2013.

1 Comentario

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amarashiki

A dia de hoy, el escenario pesadilla de Shaposhnikov, una versión refinada del “Desierto”, es lo que hay mientras haya ausencias claras de nueva física en la escala TeV. Es una opción perfectamente posible, más que otras que siguen vendiendo libros y humo pese a que no parece que la Naturaleza se “moje” por ellas. ¿Cuándo cierran el LHC y se esperan las últimas colisiones antes del upgrade para que LHC opere a 13-14TeV? Debe prestarse atención este año a la búsqueda de la fase de violación CP en el sector neutrino y también a los resultados que vienen de Cosmología para acotar N_eff y saber si podemos esperar algo en experimentos a baja energía también (hay varios experimentos intentando encontrar los axiones o similares, así como partículas de DM o de “dark radiation” a energías por debajo del TeV). La cuestión es si podremos cubrir todo el espectro de masas de WIMPs en un tiempo razonable. Porque la Materia Oscura (no sólo la energía oscura) siguen ahí buscando una explicación…Y el problema de la materia oscura habría que solventarlo cuanto antes…Si son “partículas” que podamos producir. Tengo curiosidad en ver qué pasa con ese Higgs de en torno a 127 GeV y su caracterización final, sea SM como parece o sea parte de un nuevo sector de nuevas partículas que tenemos aún que descubrir.

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