Por primera vez se han combinado de forma oficial los valores para la masa del quark top obtenidos por el Tevatron en el Fermilab, EEUU (173,20 ± 0,87 GeV/c²) y el LHC en el CERN, Europa (173,29 ± 0,95 GeV/c²). El resultado es 173,34 ± 0,76 GeV/c². Puede parecer que el nuevo valor aporta poco, pues los valore de Tevatron y LHC son muy próximos, y que combinar estos valores es fácil (hacerlo de forma no oficial sí que lo es), pero se trata de una gran noticia porque la masa del quark top es un parámetro muy importante en física de partículas. Permíteme una breve explicación, pero antes, el artículo técnico es The ATLAS, CDF, CMS, D0 Collaborations, «First combination of Tevatron and LHC measurements of the top-quark mass,» arXiv:1403.4427 [hep-ex], 18 Mar 2014.
La masa (hay varias definiciones posibles pero no quiero liar más el asunto) del quark top fue medida por las dos colaboraciones del Tevatron (Fermilab, Batavia, cerca de Chicago, EEUU), llamados CDF y DZero, en colisiones protón contra antiprotón con una energía en el centro de masas de 1,8 TeV (Tevatron Run I) y 1,96 TeV (Tevatron Run II), alcanzando una luminosidad integrada (más o menos, el número total de colisiones analizadas) de 8,7 /fb (se lee inversos de femtobarn). El valor combinado CDF+DZero del Tevatrón es la medida más precisa y la más fiable de la masa del quark top hasta el momento.
También ha sido medida por las colaboraciones más importantes del LHC (CERN, cerca de Ginebra, Suiza), llamadas ATLAS y CMS, en colisiones protón contra protón con una energía en el centro de masas de 7 TeV (LHC 2010 y 2011), alcanzando una luminosidad integrada de 4,9 /fb. El valor combinado ATLAS+CMS a 7 TeV c.m. del LHC es algo peor para la masa del quark top que el obtenido por el Tevatrón. La medida de la masa del quark top en las colisiones a 8 TeV c.m. (LHC 2012) todavía no ha sido publicada ni por ATLAS, ni por CMS de forma individual, luego tampoco de forma combinada.
Combinar los resultados de dos experimentos independientes es fácil (la estadística nunca miente), pero el resultado es una combinación oficiosa. En física de partículas una combinación oficial requiere un análisis estadístico riguroso que combine de forma individual cada uno de los canales de desintegración (a veces hasta los subcanales de desintegración en función de cómo son observados). Este proceso es lento y complicado, sobre todo cuando las colisiones que se estudian son de diferente tipo (recuerda que Tevatrón colisiona protón contra antiprotón y LHC protón contra protón).
¿Realmente es importante combinar los canales de forma individual? Por supuesto, porque hay correlaciones sutiles entre las medidas en los mismos canales obtenidas por detectores diferentes; en especial, en los errrores sistemáticos (que están influidos por la predicción teórica utilizada, que debería ser la misma). ¿El resultado es mucho mejor que con una combinación oficiosa? La verdad es que sólo un poquito mejor (el teorema central del límite tiene estas cosas). Pero lo importante es que la combinación oficial es un dato científicamente mucho más riguroso y da mucha más confianza a todos los expertos.
Por todo ello, la nueva combinación Tevatron+LHC7 es una gran noticia. Cuando se publiquen los análisis de la masa del quark top de ATLAS y CMS a 8 TeV c.m., será posible combinarlos de forma ágil y rápida con los de Tevatron y LHC7, por lo que quizás en lugar de un dato LHC8 acabemos teniendo un dato Tevatron+LHC7+LHC8, que será sin lugar a dudas mejor que el que hoy se publica.
Por cierto, como muestra esta tabla, los errores de todas las medidas de la masa del quark top en el LHC están dominados por los errores sistemáticos (syst.), tanto de origen experimental como sobre todo de origen teórico. Los errores estadísticos (stat.) son mucho más pequeños y podrían serlo mucho más al utilizar los datos de LHC8, pero mientras no se reduzcan los errores sistemáticos, poco ayudará a reducir el error total en la medida.
For me, the fact that the #LHC and #Tevatron expts have established a methodology for combining results has long reaching consequences.
— Richard Ruiz (@bravelittlemuon) March 19, 2014
Como bien dice Richard Ruiz (@BraveLittleMuon), que Tevatron y LHC hayan establecido una metodología rigurosa para combinar sus resultados tendrá consecuencias futuras muy interesantes.
Hola Francis,
Dado que el Tevatron cesó su actividad experimental en sep-2011, entiendo que esta -primera- combinación de resultados con el LHC se hace tomando el inmenso banco de datos de ambos. Pero, cuando se reanude la actividad del LHC (¿sep-2014?), con nuevos canales y mayores energías, las futuras combinaciones de datos Tevatron-LHC dejarán de ser efectivas, supongo. ¿Representa esto una pérdida -significativa- de calidad/preción, como la que ahora nos presentas?
Saludos
Víctor, las colisiones del LHC se reanudarán en 2015 y serán a 13 TeV. Serán colisiones muy ruidosas y no mejorarán el error sistemático en la medida de la masa del quark top (quizás un poquito el error estadístico), por tanto, durante mucho tiempo las medidas del Tevatrón estarán entre las más precisas. La futura combinación Tevatron+LHC7+LHC8 no podrá ser mejorada añadiendo datos de LHC13 o LHC14. Por supuesto, salvo que se descubra una nueva técnica de análisis que ofrezca esa masa por un camino indirecto y sortee el ruido (background).
13 teraelectronvoltios?? guau. No solo ruidosa, tambien colorida.
¿Será algun tipo de crítica a las metodologias de combinacion anteriores? Porque si LHC 2013 combinaba a 173.29 y el Tevatron «Final» era 173.20, tiene gracia que les salga algo que no esta entre las dos.
¿Pero qué masa es? 😛
AIM, buena pregunta. La masa medida en los colisionadores. Recuerda que las medidas en colisionadores de las masas de las partículas basadas en los productos de desintegración se basa en la calibración de las desintegraciones con las predicciones teóricas obtenidas mediante métodos de Montecarlo.
Esta masa (para quarks) no corresponde ni a la masa en el propagador para estados asintóticos (pole-mass) ni a la masa renormalizada (MSbar-mass). Hay que tener cuidado con su uso. La relación teórica entre lo que miden los colisionadores y estas masas no está del todo clara. Calcular estas cosas en QCD es muy difícil y costoso.
En arXiv tienes muchos artículos que discuten esta cuestión (http://arxiv.org/abs/1401.1844, http://arxiv.org/abs/1307.4226, http://arxiv.org/abs/1212.4319, etc.).
Saludos
Francis
Lo «gracioso» es que hasta hace muy bien poco, ese tema se esquivaba sin pudor alguno. Ahora al menos aparece alguna mención del tipo «medimos la masa del Monte Carlo que… es algo parecido a la ‘pole-mass’ » Pero aun seguimos sin saber cuánto de parecidas son, y puede ser muy importante, ahora que el Higss se ha encontrado.
Saludos
A.