El resultado final sobre la búsqueda del Higgs en el Tevatrón del Fermilab

Por Francisco R. Villatoro, el 7 marzo, 2012. Categoría(s): Bosón de Higgs • Ciencia • Física • Noticia CPAN • Physics • Science ✎ 7

Hoy en Moriond 2012 se ha publicado el resultado final combinado DZero+CDF en el Tevatrón del Fermilab para la búsqueda del Higgs; el resultado es más espectacular de lo esperado, confirmando la señal observada por ATLAS y CMS en el LHC del CERN que apunta a un Higgs con una masa baja entre 117 y 127 GeV. Por cuestiones técnicas el Tevatrón no tiene resolución suficiente para apuntar hacia un Higgs con una masa de 125 GeV y por ello muestra un pico bastante ancho. Aún así, este resultado es el mejor que se puede obtener con el Tevatrón debido a sus limitaciones intrínsecas en su sensibilidad a un Higgs con una masa baja. Todos los que ansiamos que el Higgs sea descubierto este año creemos que este nuevo resultado es una gran contribución del Tevatrón a la búsqueda del Higgs. Más información en la nota de prensa de hoy en el Fermilab, que incluye figuras y vídeos aparte. Más información divulgativa en Jason Palmer, «Higgs boson hints multiply in US Tevatron facility data,» BBC News, 7 March 2012. Más información en español en «Tevatron observa indicios del bosón de Higgs consistentes con los del LHC usando distintas técnicas,» CPAN Ingenio, 7 marzo 2012.

Para los interesados en detalles técnicos, la figura que abre esta entrada combina los resultados obtenidos por los expermientos CDF y DZero tras analizar unos 10 /fb de datos de colisiones protón-antiprotón a 1,96 TeV cm (todos los datos almacenados en disco de las colisiones en el Tevatrón que finalizó su operación a finales de septiembre del año pasado). La figura muestra una evidencia a 2,2 sigma de un Higgs con una masa baja, entre 115 y 135 GeV (el Tevatrón con solo 10/fb de datos no tiene resolución suficiente para reducir este intervalo). Además, el Tevatrón excluye al 95% CL un Higgs con una masa entre 147 y 179 GeV, algo que hoy tiene poco interés porque el LHC lo excluye en un intervalo más grande.

La combinación a ojo de buen cubero de los datos del Tevatrón y del LHC muestra una evidencia a unos 3 sigma (más o menos 1 entre 740) de la existencia de un Higgs con una masa entre 117 y 127 GeV. Habrá que estar al tanto de la combinación no oficial de Philip Gibbs que cuantificará con más detalle esta estimación (seguramente saldrá esta tarde-noche). Además, esta noche habrá un webcast sobre la búsqueda del Higgs en el Fermilab a las 21:00 horas (hora de Madrid). Trataré de verlo y ya os contaré.

¿Qué son CDF y DZero en el Tevatrón? CDF es un experimento internacional de 430 físicos de 58 instituciones en 15 países. DZero es un experimento internacional llevada a cabo por 446 físicos de 82 instituciones en 18 países. Ambos experimentos forman parte del Tevatrón, situado en el Femilab (Laboratorios Nacionales Fermi) en Batavia, a las afueras de Chicago, EE.UU. El Tevatrón es un colisionador de hadrones donde se hacen colisionar haces de protones contra haces de antiprotones (su antipartícula) con una energía total en el centro de masas de la colisión de 1,96 TeV (el LHC funcionó el año pasado con colisiones protón contra protón a 7 TeV y este año funcionará con colisiones a 8 TeV).

Por supuesto, «todavía hay mucho trabajo por delante antes de que la comunidad científica puede decir con seguridad si existe el bosón de Higgs;» de hecho, el Tevatrón todavía no ha dicho su última palabra pues se está trabajando en la mejora de las técnicas estadísticas de análisis de los datos y quizás para finales de año pueda publicarse alguna mejora del resultado publicado hoy; el Fermilab tiene que «exprimir hasta la última gota todos los datos del Tevatrón.» Lo importante que un lego debe saber es que este año, el año del descubrimiento del Higgs, el Tevatrón y el LHC son complementarios y la combinación de todos sus resultados es la primera señal que está alumbrando la existencia del Higgs de baja masa. Los resultados más interesantes del Tevatrón son los obtenidos en el canal de desintegración del Higgs en un par de quarks bottom, pero este canal es muy difícil de estudiar pues ambos bottom se observan en forma de chorros de hadrones cuyas propiedades son difíciles de cuantificar en detalle (hay que recordar que los detectores del CDF y DZero tienen más de 10 años y son menos precisos que los del LHC).

Como nos dicen en la nota de prensa del Fermilab, el LHC y el Tevatrón está tomando una «foto» del Higgs con cámaras diferentes y la del Tevatrón es una cámara desenfocada; para lograr que mejore su foco es necesario mejorar las técnicas de análisis de los datos y ese es el objetivo durante este año para los físicos del Fermilab. La «foto» del Higgs que ofrecerá el LHC este verano (con unos 5 /fb de datos de colisiones protón-protón a 8 TeV) será mucho más nítida, aunque aún no podemos asegurar que vaya a ser la definitiva. Como ya muchos sabéis, yo predije en Amazings Bilbao que el Higgs se descubriría este verano. Si al final me equivoco, será por poco porque su descubrimiento será proclamado, a más tardar, a finales de este año. Solo una catástrofe en el LHC podría evitarlo. Crucemos los dedos.



7 Comentarios

    1. Gracias, Alberto, ya he incluido la noticia CPAN en mi entrada, justo después de que apareciera en Twitter el anuncio.

      En @CPAN_Ingenio también han tuiteado que «En los análisis de Tevatron sobre el #Higgs participan: IFCA (Santander), U. Oviedo, IFAE (Barcelona) y @CIEMAT_Moncloa.»

  1. Si señor, el camino ha sido durísimo pero ahora la evidencia es clarísima. 2 aceleradores totalmente distintos con detectores y métodos de análisis diferentes y 4 cooperaciones distintas han detectado un exceso en un rango muy estrecho en torno a 125 GeV, la evidencia combinada sería de unos 3 sigmas ¡El Higgs ha sido cazado! Este descubrimiento sería uno de los más importantes de la historia de la física de partículas. No olvidemos que aunque el Higgs es una parte «rutinaria» del SM no es una partícula más, las propiedades del Higgs son muy especiales y desde luego no son nada comunes, sus propiedades hacen que probablemente sea la partículas más «exótica» jamás descubierta y su estudio puede darnos grandes pistas que nos permitan resolver el enorme rompecabezas de la física fundamental y de la cosmología. Sin duda hoy es un día importante en la historia de la física.

    1. Gracias por tu pasión, Planck

      Desde luego hoy es un día grande y muy halagador para los que trabajamos en ello.

      Pero los científicos tenemos que ser muy cautos. Varias observaciones anteriores, incluso en torno a las 3 sigma, han resultado ser, de hecho, una fluctuación estadística. Por eso exigimos 5 sigma para hablar de descubrimiento.

      El trabajo es duro y muy bonito, pero hay que seguir en el empeño. Este año lo sabremos, posiblemente, pero todavía no podemos asegurarlo.

    1. Sargento Pez, creo que tus preguntas requieren tres respuestas en paralelo.

      Primero, hay que demostrar que el bosón existe y para saberlo hay que buscar su señal en las colisiones de partículas, es decir, una resonancia (un pico) alrededor de un cierto valor de la masa. En este sentido, conocer el valor de la masa del Higgs y demostrar que existe son dos problemas muy relacionados entre sí.

      Segundo, conocer la masa del Higgs y todas sus propiedades es crucial para muchos cálculos, pero el modelo estándar es muy flexible en cuanto al Higgs y se puede adaptar a variaciones de decenas de GeV para la masa del Higgs con pequeños cambios en el resto. Recuerda que el modelo estándar tiene más de 23 parámetros y hay muchos de ellos que conocemos con un error muy grande.

      Y tercero, ¿no puede determinar la masa de forma indirecta? Sí, se puede, los tests de precisión del modelo estándar permiten hacerlo; por ejemplo, bastaría conocer la masa del quark top y la masa del bosón W con gran precisión, pero conocerlas con tanta precisión es muy difícil en colisionadores de hadrones (como el Tevatrón y el LHC), sobre todo la masa del W. En estos aceleradores es más preciso descubrir la partícula y determinar su masa directamente que utilizar un cálculo indirecto. Además, los cálculos teóricos en el modelo estándar son muy difíciles de realizar y en muchos detalles tienen un imprecisión muy grande (errores del 10% son típicos en la física relacionada con el bosón de Higgs; estos errores se reducirán a menos del 1% cuando se sepa exactamente cuál es la masa del Higgs).

      Espero haber contestado bien tus dudas.

Deja un comentario