Se refuerza la señal del Higgs observada en ATLAS y CMS del LHC en el CERN

Hoy se han hecho público los artículos técnicos de ATLAS y CMS para la búsqueda del Higgs en el LHC con los datos de 2011 (que fueron presentados de forma preliminar en una rueda de prensa en diciembre). La señal de un Higgs a 125 GeV se refuerza en CMS, pasando de 2,5 σ a 3,1 σ y en ATLAS, alcanzando 4,3 σ. Esta confianza estadística local apunta a que hay una probabilidad del 99,996% de que el Higgs exista y tenga dicha masa. Aún así, todavía es pronto para asegurar algo con rotundidad y habrá que esperar a marzo, como pronto, cuando se publique el resultado combinado ATLAS+CMS; todo apunta a un nuevo refuerzo de la señal. Si el LHC logra recabar 5 /fb de datos de colisiones en 2012 para principios de junio y dichos datos refuerzan aún más la señal observada hasta ahora, a finales de este verano podríamos estar ante la noticia del descubrimiento del Higgs. Aún así, todavía es pronto para cantar victoria. Los artículos técnicos con ATLAS Collaboration, “Combined search for the Standard Model Higgs boson using up to 4.9 fb−1 of pp collision data at sqrt(s) = 7 TeV with the ATLAS detector at the LHC,” CERN-PH-EP-2012-019, 07 Feb. 2012 [PDF], y CMS Collaboration, “Combined results of searches for the standard model Higgs boson in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV,” CMS-HIG-11-032-004, 07 Feb. 2012 [PDF]. Me he enterado gracias a Geoffrey Brumfiel, “Higgs signal gains strength,” Nature News Blog, 07 Feb 2012. También puedes la noticia en “Update: Higgs search papers submitted for publication,” ATLAS News, 7 February 2012, y “CMS Higgs boson search results from 2010-2011 data samples,” CMS News, 7 February 2012.

El nuevo resultado combinado de ATLAS (cuya figura más interesante abre esta entrada) utiliza, según el canal, entre 1,04 /fb y 4,9 /fb de datos de colisiones protón-protón en el LHC a 7 TeV. La interpretación de los datos requiere considerar una hipótesis. Si la hipótesis es que el bosón de Higgs no existe, el análisis de ATLAS reafirma esta hipótesis al 95% de nivel de confianza (CL) en el intervalo de masas entre 124 y 519 GeV. Si la hipótesis es que el bosón de Higgs existe, el análisis de ATLAS descarta con una confianza del 95% que tenga una masa entre 112,9 y 115,5 GeV (mejorando el resultado de LEP2 que indicaba que el Higgs tenía una masa superior a 114,4 GeV), entre 131 y 238 GeV y entre 251 y 466 GeV; en la práctica este resultado indica que si existe el bosón tiene una masa entre 115,5 y 131 GeV. El valor más probable para la masa del Higgs es de unos 126 GeV con una significación local de 3,5 desviaciones estándares (σ). Como el intervalo de masas estudiado es muy grande, entre 110 y 600 GeV, la probabilidad que una fluctuación sea responsable del exceso observado es muy alta, reduciendo la significación estadística global a solo 2,2 σ (hay una probabilidad de ∼ 1,4 % de que el resultado observado por ATLAS sea una fluctuación estadística).

El nuevo resultado combinado de CMS utiliza, según el canal, entre 4,6 /fb y 4,8 /fb de datos de colisiones protón-protón en el LHC a 7 TeV. CMS ha estudiado más canales de desintegración del Higgs que ATLAS por lo que su sensibilidad es mucho mayor; con los datos estudiados, CMS se espera que excluyera al bosón de Higgs, si no existe, entre 118 y 543 GeV con una confianza del 95% CL. El resultado observado solo excluye el Higgs en el intervalo de masas entre 127 y 600 GeV al 95% CL y en el intervalo entre 129 y 525 GeV al 99% CL. Se observa un exceso de eventos de baja masa que es responsable de que no se haya podido excluir el intervalo entre 118 y 127 GeV. El exceso mayor se observa para una masa de 124 GeV, con una significación local mayor de 3,1 σ, pero solo de 1,5 σ en el intervalo entre 110 y 600 GeV; por supuesto, los tests de precisión del modelo estándar apuntan a una masa para el Higgs menor de 145 GeV, por lo que considerar un intervalo tan grande es poco realista; la significación estadística global en el intervalo entre 110 y 145 GeV se estima en unos 2,1 σ.

Combinando los intervalos de exclusión de CMS y ATLAS se observa que el Higgs (si existe, una coletilla que hay que poner aunque resulte pesado) tiene que tener una masa entre 118 y 127 GeV con una confianza estadística de al menos el 95% CL. El exceso alrededor de 124-126 GeV tiene que ser confirmado con el análisis de más datos. Por un lado, la combinación oficial de los datos de CMS y ATLAS que se publicará en marzo debería reforzar aún más esta señal. Los datos finales del Tevatrón, que deberían publicarse como muy tarde antes del verano, también deberían reforzar esta señal. Pero todavía es pronto, para poder afirmar con rotundidad que el bosón de Higgs habrá que esperar al análisis de al menos 5 /fb de datos de colisiones en 2012 tanto para CMS como para ATLAS. Ahora mismo se está discutiendo el futuro del LHC durante 2012. Uno de los objetivos clave será obtener al menos 5 /fb para principios de junio de 2012, con lo que a finales de agosto se podría publicar su análisis, que debería confirmar (o refutar) de forma definitiva la existencia de un Higgs con 125 GeV. Este año promete ser apasionante para el Higgs.

La agenda para el LHC en 2012 se está debatiendo en Chamonix 2012, el “LHC Performance Workshop.” La decisión final aún no está tomada. No se sabe si las colisiones serán a 7 TeV o a 8 TeV, siendo la diferencia más importante que la energía máxima almacenada en la máquina será de 124 MJ o de 142 MJ (megajulios); los responsables de la máquina creen que es seguro este incremento de energía (por ejemplo en esta charla), pero la decisión no debe ser tomada a la ligera y depende de los resultados de los análisis de las soldaduras defectuosas (que fueron críticas en el accidente de 2009 y que serán reparadas en 2013). La charla en Chamonix sobre estas soldaduras es esperanzadora y afirma con rotundidad que las colisiones a 8 TeV serán seguras si no se prolongan más allá de 8 meses (solo son un poco más inseguras que a 7 TeV).

Otra cuestión importante es si se lanzarán los paquetes de protones cada 50 ns o cada 25 ns, aunque parece claro que si se trabaja a 8 TeV se utilizará la opción de 50 ns; de hecho varias charlas en Chamonix se oponen a la opción de trabajar a 25 ns (por ejemplo ésta). Para el año 2012 parece razonable esperar que se acumulen unos 15 /fb de colisiones (que si hay suerte y todo funciona a las mil maravillas como en 2011 podrían llegar a 20 /fb). Con 15 /fb de colisiones se podrá excluir un Higgs a 5 sigma en todo el rango de masas entre 115 y 600 GeV, y caso de que se confirmara la señal de un Higgs de unos 125 GeV se podrían empezar a estudiar sus propiedades con objeto de determinar si corresponden al bosón de Higgs del modelo estándar o a alguno de sus primos.

PS: Más información en “Los últimos análisis de ATLAS y CMS sobre la búsqueda del Higgs en el LHC, listos para su publicación,” CPAN Ingenio, 7 febrero 2012.

PS (8 feb. 2012): Merece la pena leer a Matt Strassler, “Some Higgs News NOW,” Of Particular Significance, Feb. 7, 2012. Destaca que el artículo de CMS actualiza los resultados preliminares publicados en diciembre para el canal difotónico y muestra un exceso para un Higgs con una masa de 124 GeV/c² consistente con la existencia de un Higgs con dicha masa (se han observado 7 eventos con esta masa cuando se esperaban solo 2 si el Higgs no existe; los resultados preliminares de diciembre eran menos completos y mostraban un resultado mucho menos claro). Como bien dice Matt los resultados definitivos (enviados a publicación) mejoran solo un poco lo ya publicado en diciembre pero lo mejoran en el sentido de hacer más compatibles entre sí los resultados de CMS y ATLAS, lo que es una gran noticia para un Higgs con una masa entre 124 y 126 GeV.

También merece la pena leer a Tommaso Dorigo, “ATLAS And CMS Publish 2011 Higgs Results,” A Quantum Diaries Survivor, Feb. 7th, 2012. Destaca que el acuerdo entre los dos experimentos (CMS y ATLAS) es impresionante (“I find the agreement of the two experimental searches impressive”) lo que apunta a que se está observando el bosón de Higgs y que el intervalo más probable para su masa es 124-126 GeV, aunque un ajuste a ojo (“eyeballing”) las gráficas apuntan a un valor alrededor de 121 ± 5 GeV con una límite de confianza del 95% (calculado con el ojo de Tommaso que es un experto en estas lides).

Si aún quieres más, también puedes leer a:

Lubos Motl, “Higgs signal grew from 3.8 to 4.3 sigma,” The Reference Frame, Feb. 8, 2012.

Peter Woit, “Latest from the LHC,” Not Even Wrong, Feb. 7, 2012.

Jester, “Higgs: stronger and more exciting,” Résonaances, Feb. 8, 2012.

PS (9 feb. 2012): Merece la pena leer la entrada de Matt Strassler, “This Week’s Step Forward in the Search for the Higgs Particle,” Of Particular Significance, Feb. 9, 2012.

18 comentarios

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amarashiki amarashiki

¡Estupendo! Un Higgs cuya masa es un número mágico de GeV…Realmente motivador…Y cerca de 1/α(E=M(Z))~128. Resulta fascinante. Si se confirma, el problema será determinar las propiedades y modos de desintegración de dicha partícula. Puede ser un SM Higgs…O no.

amarashiki amarashiki

Lo que es más interesante, es que esta partícula, si se confirma su señal, tiene una masa algo baja como para que el SM sea válido a cualquier escala de energías. No soy experto en este tipo de tecnicalidades, pero con este masa, ¡va a ver mucha discusión! Sobre todo si SUSY no sale del armario.

emulenews emulenews

Exactamente, amarashiki, lo decía de forma estupenda Arkani-Hamed: el mejor valor posible para la masa del Higgs, el más excitante y el más inesperado es el que está justo en el borde entre SM y SUSY. Arkani-Hamed decía que para él había dejado de ser aburrido contar a sus alumnos la física del Higgs; con este valor para la masa, si se confirma, la física del Higgs será la estrella.

amarashiki amarashiki

Arkani-Hamed es un teórico y un buen speaker. Pero que el LHC es física del Higgs y del top quark, es algo bien sabido entre los experimentales de altas energías desde hace muchos años, pero no había “máquina” hasta ahora para probar esas escalas de una forma “limpia”. Como dice otro comentario aquí, es esencial que Tevatron presente el análisis de los datos de colisiones hasta que terminó, pero sabiendo cómo juegan en USA con estas cosas, no me extrañaría que estén viendo si sus datos tienen “la señal” en ese valor de masa o cercano. Si no sale nada, uno estaría tentado de decir que puede ser esto una fluctuación “improbable”, aunque lo más probable es que estemos en la reválida definitiva del campo de Higgs. Y esto tiene repercusiones muy importantes.

Algunos físicos, teóricos en especial, eran reacios a considerar el campo escalar como algo fundamental (yo todavía tengo mis dudas pero menos tras los datos de Diciembre) por todos los problemas que crea. Y, si no se encuentra SUSY, algo tiene que haber en la escala TeV para estabilizar el potencial del Higgs y su v.e.v. ¿Qué? Los gurús de SUSY ya están soltando la especia, pero creo que el punto puede venir de los neutrinos. Puede incluso que descubramos que el vacío es metaestable, no completamente estable, y eso tendrá también implicaciones profundas en nuestras teorías. Sea como fuere, el año que viene entramos en otra etapa que fué iniciada con el experimento de Rutherford hace 102 años. ¡Apenas un suspiro!

planck planck

Si señor, por fin empiezan a llegar los resultados después de muchos años sin nuevos descubrimientos. El descubrimiento del Higgs es inminente y por si fuera poco existen rumores que apuntan a indicios del compañero supersimétrico del quark top: un bosón el stop. Si esto se confirmase (aunque todavía no hay nada solo un rumor) sería uno de los mayores descubrimientos de la historia reciente de la física fundamental. Esto significaría que la supersimetría forma parte del “diseño” más profundo de la naturaleza y que faltarían otros 4 Higgs por descubrir (y que muchos físicos deberían pagar un montón de apuestas). La semana que viene veremos que hay de real en este rumor.
Por otra parte el estudio de las propiedades del campo de Higgs promete resolver algunos de los interrogantes más profundos de la física y de la cosmología.

amarashiki amarashiki

NO tan rápido. 5 Higgses es el contenido del MSSM, pero me cuesta horrores creer que algo así es realizado en la Naturaleza.
Me gusta el concepto de SUSY, pero detesto la complejidad estructural de todos los campos adicionales que mete. A nivel microscópico, debería ser todo más simple, con menos “elementos primordiales” o “partículas”. ¡5 higgses…!Aunque si pensamos que hay 3 generaciones ligeras de leptones y quarks, uno duda…Y sin embargo seguimos sin entender de lejos aún por qué motivo hay 6 flavours, 3 generaciones…No, me resisto a creerlo. Pero serán los experimentos los que decidan.

Pasó algo similar con los modelos “atómicos”. Inicialmente los átomos eran “indivisibles”, se halló el electrón, luego se encontró el núcleo, el protón, el neutrón, la antimateria, los mesones, los bariones, los neutrinos, los quarks, los bosones gauge W y Z ( el fotón podemos decir que se conoce desde el efecto fotoeléctrico,¿no?),…Ahora el Higgs o lo que sea esta cosa con 126 GeV. Los rumores del stop no me parecen sólidos todavía. Siendo supersimétricos, quedarían el gravitino y el gravitón…Y ahí no sé cómo estarán LIGO, LISA y resto de experimentos para la detección de ondas gravitacionales.

Eso sí, esta macedonia de partículas es infumable. No tiene “orden” y “requiere” explicación. Al menos la Mecánica Cuántica ofrece una explicación razonable de la Tabla Periódica (aunque sin responder a preguntas demasiado comprometidas) y clasifica usando la teoría de grupos el espectro de hadrones y los diferentes campos cuánticos del SM. ¡Pero no explica por qué se necesitan la mayoría de partículas!

Empieza la fiesta de verdad. Os dejo la siguiente reflexión, comentario, acerca de la naturaleza última de los cuantos de luz(que puede extenderse al resto de partículas): “All these fifty years of pondering have not brought me any closer to answering the question, What are light quanta?” A. Einstein, 1951.

planck planck

En mi opinión (y no soy para nada un experto) la complejidad adicional que trae consigo SUSY se produce solamente a bajas energías donde la supersimetría está rota. A altas energías SUSY establece un marco simple y de gran “belleza”: los fermiones y los bosones son la misma cosa. Este marco me parece bastante “lógico”, inicialmente, en los primeros instantes del universo la simetría era absoluta: todas las fuerzas eran la misma, y existia una simetría entre materia y antimateria, simetría en el balance energético, etc todo parte de un marco sencillo y elegante, sin embargo, a medida que se fueron sucediendo las rupturas de la simetría se fué produciendo la complejidad necesaria para que un universo como el nuestro pudiera perdurar en el tiempo.
Respecto a la diversidad de partículas no estoy de acuerdo en que sea “infumable”, hace tiempo que la teoría de grupos puso orden en el “zoo” lo que si es verdad es que aún no sabemos por qué existen “diseños repetidos” (3 generaciones de leptones, variedad de sabores,etc) pero creo que la simetría tiene que tener la respuesta y con seguridad que la encontraremos.

amarashiki amarashiki

Planck. Te cuento. Sé perfectamente que a alta energía SUSY es “bonita”. Pero no explica para nada, para nada, por qué deben construirse los campos de tal o cuál forma, ni dice qué pasa con la Constante Cosmológica. El modelo más realista que rompe SUSY deja aún 60 órdenes de magnitud de fine-tuning con la energía del vacío. Así que, o bien hay un mecanismo de ruptura de SUSY que aún no se ha inventado, o bien tampoco responde a la pregunta esencial sobre la energía del vacío, ¿por qué tiene el valor que tiene?
Son tiempos de crisis económica, y se impone una revolución. Sin embargo, algún modelo debe simplificar todo esto.
He estudiado y estudio SUSY, pero también álgebras de otro tipo ternarias y n-arias. SUSY es un modelo sobreexplotado en su versión Z_2-graduada. ¡Y eso pese a la falta de evidencia todavía!

Quizás he parecido ser más crítico que lo que soy en realidad. Pero el zoo de partículas ES “infumable”. Teoría de grupos ordena, pero no explica por qué hay todas estas cosas. De acuerdo en que la simetría( o quasiinvarianza del lagrangiano) es algo fundamental, pero hay todavía puntos muy oscuros en la Dinámica de Campos. Y qué decir de la gravedad…Que no se sabe meter en el ajo de forma consistente( de acuerdo que la supersimetría local la introduce, pero hay un montón de problemas técnicos).

emulenews emulenews

Planck, pido perdón, pero el rumor sobre el stop yo no lo veo nada claro. Yo no espero nada reseñable para la semana que viene (salvo que el rumor desaparezca sin más). Me parece a mí que hay poca chicha en el rumor (de hecho, Jester tras lanzar el rumor se ha echado para atrás).

planck planck

Sí, es cierto, me he emocionado demasiado, con los pies en la tierra lo más probable es que al final el rumor se quede en nada. Gracias por tus respuestas.

amarashiki amarashiki

Y una cosa más para debate: si bien SUSY da candidatos naturales para Dark Matter, SUSY NO explica ni dice nada sobre qué pueda ser la Dark Energy. Tras la consolidación de los datos de Cosmología, por su puesto en mantillas porque es un modelo, esa energía oscura no se puede explicar con nada que tengamos ahora mismo. ¡Ni siquiera con SUSY!

Por supuesto, uno podría argumentar que es la energía del vacío, pero ¡error! Su valor no cuadra con la energía del vacío, a no ser que encontremos un mecanismo de cancelación sumamente astuto. Es mi opinión personal, que cuando Planck libere los datos de los mapas de las anisotropías de la radiación de fondo y los parámetros cosmológicos con una precisión sin precedentes en dicha Ciencia, quizás entonces podamos ver algo más de luz. La energía oscura es algo desconcertante. Aunque a lo mejor, son las premisas de las que partimos las que no son correctas, y esa energía oscura no está ahí. Es un efecto de algo que comprendemos y que interpretamos de esa forma.

Pero hacer cábalas sin datos, o elucubraciones sin algo claro que te sirva de guía, es muy díficil. ¡Fijaros la evolución de los modelos atómicos en digamos 20 años(1911-1931)! Posiblemente, estamos ahora en una situación similar. ¿Qué vamos a encontrar? Lo mejor de todo, será aquello que no esperamos encontrar. ¡Es lo más divertido y lo más curioso de la Ciencia! Esas cosas que aparecen y no sabes explicar inicialmente y te hacen decir, “¿Y esto, pero qué…?” Jajajajajaaj :D.

planck planck

amarashiki estoy de acuerdo con lo que dices. El problema de la energía del vacío y de la energía oscura es uno de los enigmas más profundos de la física y no puede ser explicado por ninguna de las teorias propuestas hasta ahora. Esto parece evidenciar que no entendemos el vacío y por tanto, no sabemos “de que está hecho” el espacio-tiempo.
Como dices, estamos en ese periodo en el que en cualquier momento pueden surgir nuevos fenómenos, totalmente insospechados que nos abran la puerta hacia la respuesta a los grandes interrogantes. Seguramente lo más emocionante está en lo que aún no conocemos, la nueva física que esta a punto de ser descubierta.

Reducción al absurdo Reducción al absurdo

Francis, realmente no se puede hacer nada con este tipo de comentarios absurdos (y que encima viene a promocionar su propio blog, aún mas absurdo). Es una pena que este tipo de gente, que son mas bien charlatanes, te bajen el nivel de tu excelente blog.

Findeton Findeton

Creo de hecho que esta vez se ha esforzado en no solar una chorrada sobra la “magia” o algo así. Juas.

gyubari gyubari

Yo siempre he apoyado la libertad absoluta de expresión en la web, pero creo que en este caso es verdad lo que dice Reducción. Sé que este blog tiene mucho tráfico y debe ser mucho trabajo la moderación de comentarios, pero en los temas más importantes sería bueno que lo hicieras.
Sé que este es un blog, en general, de divulgación para gente muy metida en FP, pero a la gente que no es especialista y que está tratando se superar su ignorancia leyéndolo le pueden resultar confusos algunos comentarios, que lo pueden llevar por el camino equivocado. No el del amiguito ya conocido que le despierta el radar magufo hasta el más dormido, pero si el de otros que supuestamente ‘sí saben’. Lo digo como una de esas personas y que en alguna ocasión habré dicho alguna estupidez =/ sorry for that…
En todo caso es tu blog y tu tiempo.

Dou Dou Dou Dou

Hola Francis:

En los papers veo excesos locales de 3.1 (CMS) y 3.5 (ATLAS) sigmas, pero no encuentro por ningún lado las 4.3 sigmas que comentas en tu post (?). Aunque así fuera, el comentario “4,3 σ. Esta confianza estadística local apunta a que hay una probabilidad del 99,996% de que el Higgs exista y tenga dicha masa” no es correcto. El valor p (0,004% para 4.3 sigma) mide la probabilidad de haber visto dicho exceso asumiendo que la hipótesis nula (no Higgs, en este caso) es cierta. Eso no tiene nada que ver con la probabilidad de que la hipótesis nula sea falsa (es decir, 1-p no es la probabilidad de que exista un Higgs con esa masa).

Maq Maq

Muy atrayente el pico a ~125 GeV. Además, ¿no es también “interesante” que en las dos primeras gráficas parece haber un segundo pico… precisamente cerca de ~250 GeV, es decir, justo el doble? ¿O es solo casualidad o imaginaciones mías? ¿Alguna idea al respecto?

Jaime González R. Jaime González R.

He leído… y una duda me asalta. Es… ¿Fe? ¿Ciencia? ¿Todo junto?
Hablamos del espacio-tiempo como si existiera. Nuestras explicaciones son modelos de la realidad… en el peor de los casos.
Necesitamos un prerrequisito… lo real ¿Qué es eso?. Nuestras teorías traen de contrabando prejuicios sobre lo real.

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