El LHC observa el Higgs usando fermiones con 5,7 sigmas

Dibujo20131202 cms higgs decay into 2 taus and 2 bottoms - cms cern

La semana pasada se publicó que el experimento ATLAS del LHC en el CERN había observado la desintegración del bosón de Higgs en pares de leptones tau a 4,1 sigmas. Hoy mismo, a las 11:00 AM, hora de Madrid, el experimento CMS del LHC ha anunciado la observación de la desintegración del Higgs en pares de leptones tau a 3,4 sigmas y en pares de quarks bottom a 2,1 sigmas, lo que significa una observación de la desintegración del Higgs en fermiones a 4,0 sigmas. Combinando este resultado con el obtenido por ATLAS (que no ha observado el Higgs usando quarks bottom) se obtienen 5,7 sigmas para la observación del Higgs usando fermiones en el LHC (como reza el titular). PS (04 Dec 2013): El artículo técnico es CMS Collaboration, “Measurement of Higgs boson production and properties in the WW decay channel with leptonic final states,” CERN CDS, 04 Dec 2013.

Observar el Higgs en otros canales fermiónicos, como la desintegración en pares de muones o de electrones está más allá de la sensibilidad que permiten los 5,0 /fb de colisiones a 7 TeV c.m. acumuladas en 2011 y los casi 20 /fb de colisiones a 8 TeV c.m. acumuladas en 2012. El pasado 4 de julio de 2012, cuando se anunció el descubrimiento del Higgs, la única información sobre su desintegración en fermiones provenía de los experimentos CDF y DZero en el Tevatrón del Fermilab; en concreto, a 3,1 sigmas, lo que significa que la combinación LHC+Tevatron ha observado el Higgs usando fermiones a 6,5 sigmas.

Más información técnica en Monica Vazquez Acosta (Imperial College London), “Direct Measurement of the Higgs Boson Fermionic Couplings at CMS,” LHC Seminar, 03 Dec 2013 [slides pdf]. Más información en “CMS presents evidence for Higgs decays to fermions,” CMS News, 02 Dec 2013. Recomiendo leer mi entrada anterior “Por fin se redescubre el Higgs usando fermiones (leptones tau),” LCMF 26 Nov 2013.

Dibujo20131202 cms event higgs decay into 2 taus - one tau into one muon - cms cern

Este suceso del domingo 25 de noviembre de 2012 a las 00:15:46 CEST, muestra un (candidato a) Higgs que decae en un pareja de leptones tau, uno de los cuales decae en un muón (detectores en rojo en la esquina superior derecha de la imagen) y un neutrino (invisible a los detectores), y el otro en un chorro hadrónico (histogramas en azul y rojo en la parte de abajo de la imagen) y otro neutrino (también invisible).

Dibujo20131204 cms - higgs to tau-tau event - cern ch

Como siempre, debes recordar que este tipo de sucesos son candidatos a Higgs pues en física de partículas nunca se puede estar seguro al 100% de que la interpretación realizada sea correcta; la estadística nos dice que cierto número de sucesos en exceso sobre un fondo predicho por la teoría deben ser de tipo Higgs, pero no sabemos si uno concreto lo es, o por el contrario es un suceso de fondo. Este suceso en concreto ha sido elegido por la colaboración CMS porque representa muy bien los sucesos tipo Higgs que se espera observar.

Dibujo20131202 cms event higgs decays into 2 leptons - cms cern

Esta figura muestra que la relación señal ruido para la observación del Higgs en el canal de desintegración en dos leptones tau. Se ve claramente que el fondo (el ruido) es enorme (unos miles de sucesos), mientras que la señal observada (de unas decenas de sucesos) es pequeña pero corresponde bien a las predicciones de la teoría para un Higgs; por ello sólo se ha alcanzado una confianza estadística de 3,4 sigmas. La observación del Higgs con muones y con electrones tendrá que esperar al reinicio de las colisiones protón contra protón en el LHC en 2015.

Por ahora todo confirma que hemos observado el bosón de Higgs predicho por el modelo estándar, aunque los datos actuales permiten incorporar pequeñas desviaciones. Caso de que fueran observadas en el futuro, la física del Higgs nos abriría la puerta hacia nueva física más allá del modelo estándar.



7 Comentarios

  1. No sé, tengo la impresión de que hay mucha gente que no está convencida del mecanismo de Higgs, no porque la partícula exista o no, sino por que el concepto de campo de Higgs es análogo a la proposición del éter en el siglo XIX para explicar la propagación de la luz , así estaríamos tropezando con la misma piedra, nuevamente.

    1. Reneco, tu impresión es incorrecta. El campo de Higgs es un campo similar al electromagnetismo o al campo del electrón y, como en dichos casos, se sabe desde hace más de un siglo que el “éter” (medio mecánico newtoniano para sustentar dichos campos) es un concepto obsoleto e incorrecto.

      1. Habría que precisar en que es similar al campo electromagnético porque el electromagnetismo genera fuerzas de atracción y repulsión, en cambio el campo de Higgs quiere dar cuenta de la masa que en el fondo es la propiedad que causa la curvatura del espacio-tiempo

  2. Desde mi total ignorancia de ingeniero, creo que a veces, una analogia o un concpeto fruto de la ignorancia y el silogismo puede, con el progreso del conocimiento, llegara a ser curiosamente parecida a la realidad, aunque ambas teorias no tengan nada que ver entre si.
    Que exista — o no — el higgs en una “estructura” curiosamente parecida a la descripcion del eter, no implica que el campo de higgs sea una teoria erronea.
    Por ese camino nos encontramos con catedraticos que publican libro reviviendo el geocentrismo tan panchos, porque ciertas interpretaciones “se lo sugieren asi”.
    Puedo demostrar que 2+2=5, pero eso no implica que pueda pagar cinco euros con solo cuatro…, salvo que yo sea la infanta, claro.
    No busquemos analogias o parecidos entre cosas distintas porque nuetros cerebros necesiten un “¿A que se parece esto?” para funcionar.
    Pero bueno, lo mismo relsulta que el higgs no exite. (?) Yo seria incapaz de demostrar la existencia de un electron y mucho menos entender el significado de este articulo, asi que demostrar que el higgs es o no es, ni te cuento lo imposible que me resulta.

  3. Cuando se habla de campo a veces se olvida la definición que involucra una magnitud física medible en una distribución espacial, entonces para que el Campo de Higgs pase de ser un constructo matemático a un campo físico algo tenemos que medir, por ejemplo en un campo electromagnético podemos hacer mediciones eléctricas en el espacio y se puede hablar con propiedad de que es un campo físico, pero el Campo de Higgs no se, por eso está la analogía con el eter, se postula por ser una necesidad matemática sin comprobación física

  4. Muy buenas!
    Siempre me ha llamado mucho la atención cuando se combinan los resultado de dos laboratorios diferentes. Entiendo que un resultado se ha obtenido en una circunstancias y unas máquinas distintas, en entornos diferentes. ¿Como se combinan los dos resultados y esto aumenta el número de sigmas? No termino de ver como un resultado esta relacionado con el otro. Por ejemplo, si se observa un bosón en el CERN a 4 sigmas y otro en un laboratorio en USA a 3 sigmas, en ningún de los dos por separado se acepta que se ha descubierto una partícula, podría estar dentro de las fluctuaciones estadísticas, incluso podrían ser dos cosas distintas. ¿Por qué al juntarlos se confirma el descubrimiento si podrían ser cosas distintas?

    1. Physicist, como es obvio, si son cosas distintas no se pueden combinar. La combinación exige la hipótesis de que se está observando lo mismo.

      La combinación basada en el teorema central del límite exige que las medidas sean independientes y esto se garantiza cuando se mide lo mismo en laboratorios diferentes con métodos de análisis diferentes. Esto se aplica a combinar CMS y ATLAS. Al combinar LHC y Tevatrón, donde la energía de las colisiones es diferente y colisionan hadrones diferentes, la combinación para parámetros dependientes de la energía es más delicada, pero a efectos de existencia de un proceso, el teorema central del límite funciona bastante bien (la más delicado es la combinación de los errores sistemáticos).

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 3 diciembre, 2013
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