CMS y ATLAS observan un pequeño exceso en difotones a 750 GeV

Dibujo20151215 atlas di-photon channel local p-value excess atlas lhc cern org

Se confirma el rumor, CMS y ATLAS han observado un pequeño exceso en las desintegraciones con dos fotones. Jim Olsen, de la Colaboración CMS, ha presentado un exceso local a 2,6 σ a unos 760 GeV tras analizar 2,6 /fb de colisiones a 13 TeV c.m. y Marumi Kado, de la Colaboración ATLAS, otro exceso local a 3,6 σ a unos 750 GeV tras analizar 3,2 /fb de colisiones. Una combinación CMS+ATLAS grosera indica un exceso local a unos 750 GeV de unas 4,4 σ. Sugerente, pero hay que ser cautos.

A nivel global (mirando todo el intervalo analizado entre 200 y 1800 GeV) hay un exceso a 1,2 σ en CMS y 2,3 σ en ATLAS, es decir, un exceso a 2,6 σ. Habrá que esperar a las primeras colisiones del próximo año, los análisis que se publiquen en el verano de 2016, para ver cómo evoluciona; si el exceso se reduce habrá sido una falsa alarma; si el exceso crece habrá que tomárselo en serio. El LHC Run 1 no ha observado nada y tendría que haber observado algún indicio. Por tanto, lo más plausible es una fluctuación estadística. Como siempre digo en estos casos, espero equivocarme.

Las transparencias de la charlas las puedes disfrutar en “ATLAS and CMS physics results from Run 2,” Indico, CERN, 15 Dec 2015. Los nuevos resultados de ATLAS los puedes disfrutar en “ATLAS 13 TeV Results for 2015/16 Winter Conferences,” Twiki.CERN. Y los de CMS en “CMS Physics Results in Proton-Proton Collisions at 13 TeV,” CMS-Results.CERN. Tendré que echarles una mirada detenida esta semana tranquilamente.

Más información divulgativa en Adam Falkowski, “A new boson at 750 GeV?,” Résonaances, 15 Dec 2015; Matt Strassler, “CMS and ATLAS present their results,” Of Particular Significance, 15 Dec 2015; Luboš Motl, “A new 750GeV boson is very likely there,” The Reference Frame, 15 Dec 2015; Peter Woit, “LHC Run 2 First Results,” Not Even Wrong, 15 Dec 2015.

Dibujo20151215 atlas events histogram di-photon channel atlas lhc cern org

Me dirás, ya está Francis otra vez con sus monsergas. Seguro que prefieres leer a Ángela Bernardo, “El CERN halla indicios de una partícula seis veces más masiva que el bosón de Higgs,” Hypertextual, 15 Dic 2015, quien afirma sin rubor que se trata del “primer gran resultado de los experimentos CMS y ATLAS tras el descubrimiento del bosón de Higgs. [La] partícula descubierta es seis veces más masiva que el bosón de Higgs. [Aunque] los científicos aún no han podido determinar qué partícula sería ni si podría tratarse de una fluctuación estadística, [se] ha sugerido que dicha partícula podría ser la primera prueba de la existencia de universos paralelos.” ¡Increíble! Si lo prefieres, deja de leer mi blog y disfruta con los optimistas de Hypertextual.

Dibujo20151215 highest energy diphoton mass event observed in cms lhc cern org

Lo he dicho varias veces en este blog. La regla del ojo del buen cubero, que cinco sigmas en ambos detectores son un descubrimiento, tres sigmas un indicio firme y dos sigmas una fluctuación estadística, no debe ser aplicada a las colisiones a 13 TeV c.m. en el LHC. El gran apilado (pile-up) de colisiones sin interés produce un fondo de ruido terrible y las falsas alarmas (fluctuaciones que coinciden en ambos detectores) van a ser la norma durante la próxima década. Habrá que cambiar a una nueva regla. Por lo pronto, seis sigmas en ambos detectores es un descubrimiento, cuatro sigmas es un indicio firme y menos de tres sigmas es una simple fluctuación estadística. Con esta nueva regla, la señal hecha pública hoy es una simple fluctuación estadística.

Por supuesto, puedes pensar lo que quieras. Sólo el tiempo dirá si mis retahílas están justificadas o no. Me temo lo peor. Que lo estén. Porque, como bien sabes si eres asiduo lector a este blog, me encanta estar equivocado. Me apasionan los nuevos descubrimientos. Y mi cautela siempre es con la boca pequeña. Aparento tener los pies sobre tierra firme, cuando me imagino volando como los pájaros hacia más allá del modelo estándar.

Dibujo20151215 nice dijet event atlas lhc cern org

Quizás te preguntes, ¿qué ha pasado con el famoso exceso de dibosones observado en el LHC Run 1 a unos 2 TeV? Ni CMS ni ATLAS lo han observado (ni en WW, ni ZW, ni ZZ). El exceso a más de 2 sigmas en ambos detectores ha desaparecido. ¿Ha desaparecido definitivamente? Bueno, no tan rápido vaquero, estamos ante los análisis preliminares de las colisiones de este año. Todavía es pronto para matar a la gallina de los huevos de oro de los físicos teóricos. Pero pinta mal la cosa.

Dibujo20151215 diboson ww wz zz lhc run 2 vs lhc run 1 cms lhc cern org

Esta figura muestra el resultado del LHC Run 1 (arriba izquierda) y los resultados del LHC Run 2 para sucesos WW (arriba derecha), WZ (abajo izquierda) y ZZ (abajo derecha). Hay que mirar la región alrededor de 2 TeV y observar como los datos experimentales puntos negros están dentro de la banda de colores brasileña (la banda más externa son 2 sigmas). Claramente los excesos observados en el LHC Run 1 no se observan. Pero podría tratarse de una fluctuación estadística por defecto.

Dibujo20151215 m4l mass with higgs region blinded in cms lhc cern org

¿Qué se ha pasado con el bosón de Higgs? CMS no ha presentado resultados (porque se ha realizado un análisis ciego, que evita sesgos en los análisis de los datos). Aparecerán en conferencias de principios de 2016.

Dibujo20151215 higgs boson m4l digamma lhc run 2 atlas lhc cern org

En cuanto a ATLAS, en el canal difotónico se han observado 113 ± 74 (stat) +43/−25 (syst) sucesos, es decir, un Higgs con 1,5 σ (se esperaban 1,9 σ), y en el canal ZZ en cuatro leptones se han observado 1,0 +2,3/−1.5 sucesos, es decir, un Higgs con 0,7 σ (se esperaban 2,8 σ). Por tanto, el Higgs ha desaparecido de los datos. ATLAS ha observado muchos menos sucesos de tipo bosón de Higgs a 125 GeV de los esperados. ¡¿Cómo?! ¿No observar el Higgs significa que el Higgs ya no existe? No, no te sulfures, se trata de otra fluctuación estadística, pero en lugar de ser por exceso es por defecto.

Dibujo20151215 cross section higgs boson lhc run 2 atlas lhc cern org

ATLAS ha observado el Higgs con 1,3 σ cuando en teoría tendría que haberlo hecho con 3,4 σ. Pero estas fluctuaciones de unos sigmas arriba o abajo en los datos son el pan de cada día en física de partícula. Que ATLAS en el canal estrella de cuatro leptones (H→ZZ→llll) solo haya observado 2 sucesos, cuando tendría que haber observado 6 no le preocupa a nadie, nada en absoluto. Si ATLAS ahora no ve el Higgs, no pasa nada. Pero un exceso a 750 GeV, eso sí, eso sí que es relevante. Perdona la ironía.

Dibujo20151215 cms multijet event looking for black holes cms lhc cern org

No se han observado señales de agujeros negros con masa inferior a entre 8 y 8,7 TeV (en colisiones con sucesos multichorro como éste de CMS), tampoco de la materia oscura (los nuevos límites son similares al LHC Run 1), o de nuevos bosones vectoriales (se descarta un Z’ con masa menor de 3 a 3,4 TeV y un W’ que decaiga en leptones con masa menor de 4 TeV), o incluso de la supersimetría. Respecto a esta última, para los gluinos, CMS extiende el límite actual entre 1,2 y 1,4 TeV hasta entre 1,4 y 1,8 TeV (este límite depende de los detalles y mejorará en los próximos meses con análisis más finos). Como dice con sorna Peter Woit, lo siento, Gordon Kane, no recibirás el Premio Nobel de Física (yo apostillo, aún).

En resumen, en próximas entradas discutiré en más detalle estos resultados. El primer año del LHC Run 2 confirma el modelo estándar que sigue tan robusto como siempre y le regala una nueva gallina de los huevos de oro a los físicos teóricos; raudos y veloces publicarán decenas de artículos explicando el exceso a 750 GeV en ATLAS y CMS. Los demás seguiremos disfrutando. ¡La física de partículas es apasionante!

21 Comentarios

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Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Que grande Francis.

Ni en los blogs en inglés está tan bien explicada la situación. Es una alegría tener quién nos lo cuente.

JUANMAJUANMA

Hola, yo tengo una pregunta q aunque no viene al caso esta relacionada y se me quedo en el tintero. Me refiero a una de las conferencias de la residencia de estudiantes , donde se trataba sobre fluido de gluones y la viscosidad. Por que la referian a la entropia en los experimentos??.

Francisco R. Villatoro

Juanma, ¿a qué conferencia en concreto te refieres? No recuerdo por qué lo mencionaban.

Lo que está claro es que la entropía es clave para caracterizar todo estado de la materia, incluido el plasma de quarks y gluones. Calcular de forma teórica sus propiedades usando QCD es muy difícil, pero la entropía se puede calcular (otros detalles requieres simulaciones mediante superordenadores usando QCD en redes). Quizás se referían a que la entropía permite diferenciar entre el estado de interacción débil (donde domina la libertad asintótica) y el de interacción fuerte, cambio que se observa en los experimentos conforme la temperatura baja. Pero sin saber exactamente cuándo lo mencionaron y en qué conferencia no puedo decirte más.

Francisco R. Villatoro

Juanma, creía que te referías a la charla de Gregorio Herdoiza, “Viaje al centro de la materia,” Los límites de la Física Fundamental, Semana de la Ciencia 2015 [vídeo]. La he vuelto a ver y no, no es. Mañana veré a Karl Landsteiner, “El líquido perfecto al comienzo del universo,” LFF, SC215 [Vídeo], a ver si ahora acierto.

Francisco R. Villatoro

Juanma, tras ver la charla creo que entiendo tu pregunta: ¿por qué hay un valor mínimo para el cociente entre la viscosidad y la entropía? Como cuenta Karl Landsteiner en su charla usando un modelo holográfico AdS/CFT se asocia una “viscosidad” a las ondas en el horizonte de un agujero negro en un espaciotimpo AdS y se calcula el cociente entre dicha viscosidad y la entropía del agujero negro en el horizonte; el resultado teórico (predicción de la teoría de cuerdas) es que el cociente η/s ≥ 1/(4π) ℏ/kB (es decir, este cociente alcanza un valor mínimo, algo que no se entiende sin usar la teoría de cuerdas). Para verificar esta predicción los físicos experimentales han medido este cociente para plasmas de quarks y gluones y han observado que η/s < 1/10, lo que parece confirmar la predicción teórica.

No sé si esto responde a tu pregunta, o si necesitas más detalles.

JUANMAJUANMA

PERDONA FRANCIS, TE LLAMARÉ YA ASÍ, JEJE…NO HE TENIDO MUCHO TIEMPO PARA REBUSCAR EN LAS CONFERENCIAS ( TE AGRADEZCO QUE TE HAYAS TOMADO LA MOLESTIA ), ADEMÁS ACABO DE VER QUE ME RESPONDISTES DE NUEVO.
SI ERA ESO QUE SE REFERIA AL POSIBLE LÍMITE CUANTICO QUE TENDRÍA ESE COCIENTE. LO QUE NO ENTENDÍA BIEN ERA LO DE TOMAR EL COCIENTE CON RESPECTO A LA DENSIDAD DE ENTROPÍA….SEGÚN DECÍA ERA PARA ELIMINAR CUALQUIER COSA QUE NO SEA EL PROPIO ROZAMIENTO…???. NO SE.
POR CIERTO, DESEARTE UN FELIZ 2016, Y QUE SIGAS CON ESTE BLOG QUE ES BUENIIISIIIMMOOO. YA SE LO HE PASADO A LOS COMPAÑEROS DE LA FACULTAD PARA QUE TE SIGAN TAMBIÉN. AH¡¡…DESEANDO LA PRÓXIMA ENTREGA DE NEWTON¡¡. FUE RAFAEL EL QUE ME ENSEÑO POR PRIMERA VEZ EL PRINCIPIA Y ME QUEDÉ IMPRESIONADO. NO ME LO IMAGINÉ ASÍ.
MUCHAS GRACIAS.

Pedro MascarósPedro Mascarós

” En resumen, en próximas entradas discutiré en más detalle estos resultados”
Sí, por favor, sería muy interesante tener una visión centrada de las diversas posibilidades que acarrearía la bondad de este descubrimiento.

JoseJose

Gracias por ponernos al día. Quiero preguntarte algo. Si es como un bosón de Higgs pero más pesado, ¿esta nueva partícula no daría masa al resto de partículas lo mismo que hace el bosón de Higgs?. Es decir, para que el mecanismo de… ¿generación? de masa de las partículas funcione, ¿el Higgs tiene que ser único?, ¿el Modelo Estándar admite la posibilidad de varios Higgs?.

Francisco R. Villatoro

Jose, si es un bosón de Higgs debe dar masa como el bosón de Higgs; en supersimetría, como mínimo, son necesarios cinco Higgs (si crees en SUSY falta encontrar 4 Higgs y si crees a Lubos uno de ellos tiene 750 GeV). En el modelo estándar el campo de Higgs tiene 4 componentes (a alta energía son 4 partículas) pero solo 1 partícula (las otras 3 componentes están asociadas a los bosones W+,W- y Z). Pero se pueden incorporar más Higgs sin ningún problema (aunque por ahora basta uno solo).

Si el exceso fuese un bosón escalar (como el Higgs) no tiene por qué ser un nuevo Higgs, podría ser un bosón compuesto de una pareja de nuevos fermiones, o muchísimas otras posibilidades. Los bosones escalares son gratis, pero conllevan un problema de jerarquía (y posibles inestabilidades en el modelo estándar).

The_pulp_The_pulp_

Francis,

Lubos añade 4 sigmas (los dos de 13 TeV y los dos de 8 TeV) y tu solo 2. En adición a eso, Lubos indica que el Look Elsewhere Effect solo debe aplicarse una vez y tu la aplicas dos veces.
Nos podrías iluminar un poco sobre cual es la cuenta más sincera que debiéramos hacer para medir la robustez de este potencial hallazgo?

Francisco R. Villatoro

The_pulp_, lo he contestado a Planck un poco más abajo. Si los datos muestran 200-1800 GeV debe aplicarse a dicho intervalo. Hacer lo que hace Lubos es olvidar los conocimientos básicos de un primer curso de estadística. Hay varios libros sobre estadística para física de partículas, que Lubos debe haber leído, pero que a veces prefiere olvidar en aras al incremento de sus visitas.

planck

Creo que al igual que Lubos se pasa de optimista como de costumbre tu Francis has pecado de demasiado pesimista esta vez (aunque como siempre el resumen es excelente). En mi opinión inexperta hay motivos justificados para tener esperanzas de que esta vez estamos ante algo nuevo aunque si es cierto que aún es muy pronto. Una fluctuación estadística en 2 colaboraciones independientes en el mismo sitio no es nada común y aunque es cierto que el ruido ha crecido de 8 TeV a 13 TeV en el caso concreto del canal de difotones creo que esto no es tan cierto (Jester cree que son bastante similares).
Por cierto, parece haber un baile de cifras entre los “pesimistas” y los “optimistas”: Jester y Lubos hablan de una significancia GLOBAL de 4 o 4,5 sigmas ¡Muy cerca del descubrimiento! Mientras que tu hablas de una significancia GLOBAL (con el look-elsewhere effect) de solo 2,6 sigmas. ¿Que ha pasado aquí? ¿Cual es la forma correcta de aplicar el famoso efecto “mirar hacia otro lado”? Lubos alerta de que no es correcto aplicarlo dos veces. Creo que esto es muy importante, la diferencia entre 4 o 4,5 sigmas y 2,6 sigmas es muy sustancial.

Francisco R. Villatoro

Planck, ¿has visto más coincidencias en el espectro de difotones? Hay tres o cuatro (de menos significación), pero las hay por debajo de 1 TeV. ¿Por qué no las hay en la parte de mayor energía? Porque por encima de 1 TeV hay muy pocos sucesos. ¿Por qué destacar una de ellas y olvidar el resto? Porque siempre alguna tiene que ser la que más significancia tiene y hay que destacarla por ello.

Cuidado, Planck. ¿Cómo usar el look-elsewhere effect? Si tienes un modelo firme que acota una región donde buscar de forma firme, mira en dicha región. Si no, mira en todos lados. Lubos dice que hay un modelo firme que afirma que hay una nueva partícula entre 650 y 750 GeV y mira solo en dicha región y encuentra una partícula en el borde (750 GeV); luego lo está haciendo mal y prefiere mirar entre 700 y 800 y entonces tiene (casi) un descubrimiento. Maravilloso, el modelo de Lubos predice y el LHC observa. Pero, cuidado, ¿de verdad “su” modelo afirma que hay una partícula en esa región? Si lo lees verás que no.

El LEE lo que nos dice es que si no tienes un modelo firme, debes comparar los sucesos en toda la región disponible con las predicciones teóricas en toda ese región usando Montecarlo. En este caso debes mirar entre 200 y 1800 GeV. Mirar entre 200 y 1000 no es razonable. Mirar entre 500 y 1000 no es razonable. Mirar entre 700 y 800, como Lubos, no es razonable (es decir, implica un sesgo cognitivo e implica hacer pseudociencia, no ciencia).

Pero, Planck, no creas a nadie. A nadie. No te creas nada. Nada de nada. El verano de 2016 está a la vuelta de la esquina y cuando menos te lo esperes llegará. Y entonces sabremos quien tenía razón. Predecir el pasado no es fácil, pero predecir el futuro es imposible.

planck

Muchas gracias por la respuesta Francis. Nuestras ansias de ver algo nuevo por fin no pueden nublar la objetividad y el buen hacer, además tienes razón, todo lo que hagamos ahora con tan pocos datos son puras especulaciones, los próximos datos de 2016 dictarán la sentencia definitiva. Así es la ciencia y así tiene que ser y esperemos que nos lo sigas contando con tu habitual maestría en tu impagable labor de divulgación.

The_pulpThe_pulp

Francis, muchas gracias por tu respuesta. Hay solo una cosa que, o no has respondido, o no he entendido (más probable lo segundo que lo primero). Permíteme por favor repreguntar.
Lo que tu respondes es en relación a en qué rango aplicar el LEE. Tu aclaración es intuitiva y parece super razonable. Lo que creo que no está respondido es el tema de aplicar una vez o dos veces el LEE. Lo que pareciera estar afirmando Lubos (cuando lo comparo con tu afirmación) es que tu lo estas duplicando porque lo aplicas a cada experimento por separado mientras que Lubos sugiere que hay que aplicarlo una sola vez (en cuyo caso la cantidad de sigmas es mayor a 3).
Abuso de tu generosidad si te pido una nueva aclaración sobre esto?

Gracias por enseñarnos día a día!

Francisco R. Villatoro

The_pulp, combinar los datos de forma naïve y aplicar LEE, es lo mismo que aplicar LEE y luego combinar de forma naïve; se evita lo que Lubos llama “duplicar LEE” si la combinación se hace de forma rigurosa, pero ahora mismo eso es impensable (entre otras razones porque la calibración de los detectores (que se han actualizado en la parada técnica larga) todavía está en curso y todavía se está trabajando en una buena estimación del fondo (background) para los sucesos tipo Higgs); una combinación rigurosa de los datos de 2015 sólo se podrá realizar, como pronto, para después del verano de 2016 (aunque la de todos los datos de 2016 se podrá realizar para antes del verano de 2017, pues ya se tendrán bien calibrados los detectores).

Este año ha sido accidentado, así que las señales “prometedoras” que se observen hay que cogerlas con alfileres.

JesúsJesús

Comentario interesante en el blog de Peter Woit, pone el foco de los resultados reportados ayer por LHC no en el exceso de detectado en el canal di fotónico, sino en el eventual impacto negativo de los mismos para las expectativas de SUSY.

Sería interesante que los más expertos en el tema pudiesen aportar algo de luz al respecto.

Francisco R. Villatoro

Jesús, en el blog de Woit lo que único que vas a leer son críticas a susy y cuerdas. Siempre cuenta lo mismo, una y otra vez. Lo cuenta bien y yo lo leo con placer e interés. Pero no puedes esperar nada más. Hay lo que hay.

JesúsJesús

Francis, personalmente tengo en gran estima el blog de Peter Woit, me gusta su estilo “chapado a la antigua”, de ciencia “conservadora” si quieres, frente al huracan de conjeturas “cuasi imposibles de demostrar” en el que estamos inmersos desde hace alguna que otra década. En cualquier caso, frente a su dicurso ya entiendo que existen otros blogs que favorecen susy y las cuerdas y en general “la nueva ciencia”. Y para mi lo mejor es leer a unos y a otros, quizás en medio podamos encontrar un juicio ponderado que contente tanto a tirios como a troyanos.

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