Los límites de exclusión para la masa del bosón de Higgs obtenidos por ATLAS y CMS con colisiones de 2011 en el LHC del CERN

Por Francisco R. Villatoro, el 22 julio, 2011. Categoría(s): Bosón de Higgs • Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticias • Physics • Science ✎ 7

Hoy es el día más esperado de este verano para los físicos de partículas elementales. Se publican los resultados de las búsquedas del bosón de Higgs en los dos grandes experimentos del LHC del CERN, llamados ATLAS y CMS. Kyle Cranmer (Universidad de Nueva York) ha resumido los resultados obtenidos por ATLAS para el bosón de Higgs predicho por el modelo estándar: Se excluyen los intervalos de masas de 155 a 190 GeV/c² y de 285 a 400 GeV/c², ambos con un nivel de confianza del 95%; además,  se ha encontrado un exceso interesante a 2,8 desviaciones estándares en el intervalo de masas de 120 a 145 GeV/c². Andrey Korytov (Universidad de Florida) ha resumido los resultados obtenidos por CMS para la búsqueda del Higgs predicho por el modelo estándar: Se excluyen los intervalos de masas de 149 a 206  GeV/c², de 300 a 440 GeV/c², y partes en la región de 200 a 300 GeV/c² todos al 95% de nivel de confianza (al 90% C.L. se excluye todo el intervalo de 145 a 480 GeV/c²); también se observa un exceso (menor que ATLAS) en el intervalo de masas de 120 a 145  GeV/c². ¡Resultados espectaculares! La combinación de ambos búsquedas (ATLAS+CMS), que se publicará el próximo miércoles, en mi opinión, podría excluir el bosón de Higgs en todo el intervalo de masas de 150 a 500 GeV/c². Los excesos observados entre 120 y 145 GeV/c² podrían ser meras fluctuaciones estadísticas y en el resultado combinado no creo que lleguen a superar 3 σ (desviaciones estándares), pero también podrían apuntar con el dedo al Higgs. Las conferencias de invierno de este año prometen ser apasionantes.

Más información, desde dentro del EPS HEP 11, relatada por Matt Strassler en su blog «Of Particular Significance,» July 22, 2011. Todas las figuras de exclusión del Higgs que quieres ver ahora mismo sobre los diferentes canales de desintegración estudiados por ALTAS y CMS te las ha recopilado Philip Gibbs en «Big Day for Higgs Boson,» viXra log, July 22, 2011.

Voy a presentarte solo las más interesantes. Las figuras de exclusión combinadas de ATLAS han sido publicadas en la charla de Kyle Cranmer (NYU), «Combined ATLAS Standard Model Higgs Search with 1/fb of Data at 7 TeV,» EPS-HEP 2011, 22 July 2011, y son las siguientes:

Esta segunda figura es la más interesante pues muestra un curioso exceso a 2,8 sigma en la región de 120 a 140 GeV/c², aunque ya sabéis que en mi opinión no será más que una fluctuación estadística (estos días estoy algo escéptico). Lo más interesante de estas figuras es que son mejores (excluyen un intervalo más grande de masas) que las obtenidas por los experimentos del Tevatrón en el Fermilab. Los canales de desintegración del Higgs que se han estudiado para obtener estas figuras son los siguientes (como es obvio en EPS HEP 11 también se han publicado figuras similares a estas para cada uno de los canales por separado).

Las figuras equivalentes a estas pero obtenidas por CMS todavía no están publicadas en la web. Pero lo estarán pronto y actualizaré esta entrada con ellas.

PS: Esta tarde ha caído el servidor INDICO de la conferencia (ya vuelve a estar disponible), quizás por eso Korytov todavía no ha subido las transparencias de su charla. Han aparecido otras, como el límite combinado de CDF del Tevatrón, que muestro en esta figura. Tras analizar 8,2 /fb de datos se excluye el bosón de Higgs del modelo estándar con una masa en el intervalo de 100 a 104,5 y de 156,5 a 173,7 GeV/c². Lo más interesante es la parte baja del rango de masas donde el LHC no puede competir con el Tevatrón. La figura clave aparece en la presentación de Adrian Buzatu (Universidad McGill), «Standard Model Higgs Boson Search Combination at CDF,» EPS-HEP 2011, 22 July 2011 y la copio aquí abajo por completitud.

PS: Las transparencias de la charla de Korytov no acaban de aparecer en INDICO [PS: ya han aparecido aquí], pero CMS ha publicado un noticia con un resumen de los resultados presentados y la gráfica que todo el mundo quiere ver (más abajo), «New CMS Results for the EPS 2011 Conference,» CMS News, 22nd July 2011. La figura se basa en 1,1 /fb de datos y muestra que CMS no ha observado el Higgs en el intervalo de masas estudiado (entre 120 y 600 GeV), pero ha permitido excluir un Higgs del modelo estándar con una masa en los intervalos entre 149 y 206 GeV, y entre 300 y 440 GeV, así como en pequeños intervalos en medio, con un intervalo de confianza del 95% C.L. Si bajamos la confianza a 90 %, se excluye el Higgs en el intervalo de masas entre 145 y 480 GeV. Esta figura no coincide que la que se filtró por error hace un par de semanas (comparar con «Explicación de la primera figura de exclusión de masa para el bosón de Higgs con datos de 2011 del LHC en el CERN«).

Aunque no está ilustrado en esta figura, en la noticia de CMS también nos informan que si se considera una cuarta familia de partículas elementales dentro del model0 estándar (el llamado modelo SM4) se puede excluir un bosón de Higgs en el rango de masas entre 120 y 600 GeV al 95% C.L.

La noticia también nos comenta otros resultados: Los squarks (compañeros supersimétricos de los quarks) se excluyen con una masa inferior a 1,2 TeV (para un amplio rango de parámetros de la supersimetría); los bosones débiles extra W′ y Z′ se excluyen con masas inferiores a 2,27 TeV y 1,94 TeV, resp.; las partículas de Kaluza-Klein en el modelo de Randal-Sundrum se descartan con una masa inferior a 1,5 TeV; se descarta la producción de agujeros negros en el LHC con una masa menor de 4 TeV y según el modelo hasta menor de 5 TeV; etc. Todos estos resultados en la noticia citan como fuente a artículos que aún no están disponibles, supongo que actualizarán el enlace cuando lo estén.



7 Comentarios

  1. Hola Francis,
    genial la manera que nos mantienes actualizados. En particular mi interés es neutrinos y he estado esperando la presentación de resultados de T2K sobre nu_mu disappearance que serían presentados hoy por Claudio Gigantei (IFAE Barcelona) así como los nuevos resultados de MINOS presentados porAnna M Holin (University College London) durante la misma sesión. Sin embargo algo ocurre con el servidor y no tengo acceso a ninguna de las slides de EPS2011, ya que tú pareces tener acceso, podrías enviárme estas presentaciones por email? Te lo agradececía demasiado!
    Slaudos y gracias infinitas desde ya

    1. Stan, parece ser que el gran interés hoy en ver las transparencias de las charlas sobre el Higgs ha logrado que caiga el servidor. Ahora ya ha vuelto a funcionar… vuelve a intentarlo y verás que ya no hay problema.

  2. No quiero ser pesimista pero todo esto tiene muy mala pinta. El peor escenario posible está asomando: Ni rastro del Higgs, ni rastro de supersimetría, ni rastro de nuevas partículas, ni rastro de nueva física, ni rastro de nada. Todas estas nuevas figuras no aportan prácticamente nada nuevo, ya se sabía que el rango más probable para el Higgs estaba entre 115 y 140 Gev justo el rango que aún no ha sido excluido. Observando la figura parece improbable que el Higgs tenga más de 130 Gev con lo que éste solo podría esconderse en el agujero entre 115 y 130 pero es que tal y como están las cosas la posibilidad de no ver nada está tomando fuerza.
    No quiero ni pensar lo que podría suceder si no se encuentra nada este año en el LHC, la física de partículas se hundiría en un escenario de gran incertidumbre, los teóricos tendrían que «rediseñar» todos los modelos (básicamente el modelo estándar), y con ella la física en general y la cosmología seguirían a falta de nuevos datos experimentales sumidas en el enorme pozo en el que se encuentran actualmente: la teoría de supercuerdas está atascada, la supersimetría no aparece, las ondas gravitatorias tampoco, la energía y la materia oscura siguen siendo un enigma, las teorías alternativas de gravedad cuántica siguen muy lejos de dar frutos y de las dimensiones ocultas y el problema de la energía del vacío ni hablamos. Por si fuera poco el actual panorama socio-económico mundial no parece propenso a sufragar más gastos en proyectos científicos que los incompetentes políticos no entienden (a ver como les explican que el LHC no ha visto nada) por lo que el tiempo se nos está acabando.
    Evidentemente todavía hay que esperar a que el LHC recopile más datos, esperemos que la naturaleza sea una vez más indulgente con los ansiosos científicos que quieren desvelar sus secretos más profundos.

    1. No estoy de acuerdo contigo, Planck. Es cierto que «el rango más probable para el Higgs estaba entre 115 y 140 Gev» y sigue estando ahí, pero no es cierto que «tal y como están las cosas la posibilidad de no ver nada está tomando fuerza.» En cuanto el Higgs, lo que está tomando fuerza es que va a ser observado, como muy tarde para el verano del año próximo, salvo que tenga una masa muy próxima a 114 GeV en cuyo caso habrá que esperar a la primavera de 2013, tras el análisis de todos los datos de 2012.

      No pasa nada «si no se encuentra nada este año en el LHC,» de hecho, lo normal es que no se encuentre nada. Una máquina como el LHC que lleva solo dos años funcionando no puede aspirar a encontrar nada. El conocimiento de los detectores ha mejorado mucho gracias al accidente, ya que se aprovecharon los rayos cósmicos, pero lo normal es que se requiera un lustro para aprender a conocer con todos detalle y empezar a buscar con seguridad nueva física.

      No es cierto que «la física (de partículas) y la cosmología» estén «a falta de nuevos datos experimentales.» Todo lo contrario, está década 2011-2020 va a ser una década milagrosa en cuanto al número de datos experimentales que se van a obtener.

      En cuanto a que «la teoría de supercuerdas está atascada,» hay que ser sincero, así tiene que ser. Una teoría para la escala de Planck no tiene por qué aportar nada en la escala de los TeV o incluso de los PeV.

      «La supersimetría no aparece,» algo también esperable, lo natural es que sea una teoría de alta energía, más allá de los TeV.

      «Las ondas gravitatorias tampoco,» y no lo harán hasta que LISA esté en el espacio y/o el análisis de Planck del CMB sea excepcionalmente preciso.

      «La energía y la materia oscura siguen siendo un enigma,» pero con toda seguridad esta década habrá tal cantidad de datos experimentales sobre ellas que el panorama se aclarará muchísimo.

      «Las teorías alternativas de gravedad cuántica siguen muy lejos de dar frutos,» como es de esperar, son la para la escala de Planck.

      «Por si fuera poco el actual panorama socio-económico mundial no parece propenso a sufragar más gastos en proyectos científicos.» Solo tienes razón en parte. Durant esta década el número de experimentos de gran ciencia en funcionamiento es enorme comparado con cualquier otra época de la historia y estamos en una de las peores crisis mundiales de la historia.

      «a ver como les explican que el LHC no ha visto nada, por lo que el tiempo se nos está acabando.» No estoy de acuerdo. El LHC recibirá financiación para seguir funcionando hasta 2030, como poco. Lograrlo es barato en extremo y los políticos lo financiarán sin problemas.

      En resumen, te veo pesimista en una de las décadas más maravillosas para la física del s. XXI. Estoy seguro que muchos físicos jóvenes dentro de 50 años desearán haber vivido en la década de los 2010 como científicos en activo.

      1. Se que tienes razón Francis y se que he pecado de pesimista y de impaciente en mi comentario y que me he dejado llevar por la frustración inicial de constatar que los nuevos resultados del LHC no han encontrado nada. A pesar de lo que dije estoy de acuerdo en que el LHC tiene que acabar encontrando el Higgs ya sea este año o en el 2013 ya que es una predicción fundamental del modelo estándar y lo que si ha hecho el LHC es ratificar la validez del SM.
        Además soy consciente del enorme esfuerzo humano y tecnológico que hay detrás de los datos recientemente presentados y de que el LHC está funcionando mucho mejor de lo esperado.
        Estoy completamente de acuerdo contigo en que esta década será histórica y tremendamente emocionante para la física. Estos descubrimientos producirán enormes avances en nuestro conocimiento de las leyes más fundamentales del universo.

  3. La masa del Bosón de Higgs ( el más ligero ) es : 119,61 Gev

    https://francis.naukas.com/2011/07/22/mas-resultados-del-primer-dia-del-congreso-eps-hep-2011/

    Y añado los siguientes resultados de mi investigación:

    m_{H}=vsqrt{frac{lambda}{2}}

    frac{2cdot(1+cos(frac{2cdotpi}{5}))}{cos(frac{2cdotpi}{5})}=lambda

    masa bosón más ligero Higgs = mh

    frac{2cdot(1+cos(frac{2cdotpi}{5}))}{cos(frac{2cdotpi}{5})}=lambda=5cdot(1+sin^{2}theta_{w}+sintheta_{w})

    5cdot(1+sin^{2}theta_{w}+sintheta_{w})=frac{varphi^{6}-1}{10}

    varphi=frac{sqrt{5}+1}{2}

    frac{frac{mhcdot(1+cos(frac{2cdotpi}{5}))}{cos(frac{2cdotpi}{5})}}{ln(frac{1+cos(frac{2cdotpi}{5})}{cos(frac{2cdotpi}{5})})}=sum m_{l}+sum m_{q}+m_{W}+m_{Z}

    ml = masa lepton; mq= masa quark ; mw= masan bosón W; mz = masa bosón z

    frac{mh}{m_{e}}=frac{varphi^{25}}{sqrt{frac{sum mq/m_{e}}{m_{Z}/m_{e}}}}

    Donde me = masa del electrón

    frac{mtau}{m_{e}}=varphi^{varphi^{6}-1}+frac{mmu/m_{e}}{varphi^{12}}

    Donde:

    mtau=masa; tau

    mmu=masa; nuacute{o}n

  4. Esto de escribir latex y que se visualice la expresión matemática no se me da nada bien, sorry

    Voy a probar , disculpen

    m_{H}=vsqrt{frac{lambda}{2}}

    \frac{2cdot(1+cos(frac{2cdotpi}{5}))}{cos(frac{2cdotpi}{5})}=lambda

    masa bosón más ligero Higgs = mh

    \frac{2cdot(1+cos(frac{2cdotpi}{5}))}{cos(frac{2cdotpi}{5})}=lambda=5cdot(1+sin^{2}theta_{w}+sintheta_{w})

    5cdot(1+sin^{2}theta_{w}+sintheta_{w})=frac{varphi^{6}-1}{10}

    \varphi=frac{sqrt{5}+1}{2}

    \frac{frac{mhcdot(1+cos(frac{2cdotpi}{5}))}{cos(frac{2cdotpi}{5})}}{ln(frac{1+cos(frac{2cdotpi}{5})}{cos(frac{2cdotpi}{5})})}=sum m_{l}+sum m_{q}+m_{W}+m_{Z}

    ml = masa lepton; mq= masa quark ; mw= masan bosón W; mz = masa bosón z

    \frac{mh}{m_{e}}=frac{varphi^{25}}{sqrt{frac{sum mq/m_{e}}{m_{Z}/m_{e}}}}

    Donde me = masa del electrón

    \frac{mtau}{m_{e}}=varphi^{varphi^{6}-1}+frac{mmu/m_{e}}{varphi^{12}}

    Donde:

    mtau=masa; tau

    mmu=masa; nuacute{o}n

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