Por fin se redescubre el Higgs usando fermiones (leptones tau)

Dibujo20131126 higgs to tau tau - feynman diagrams

El bosón de Higgs fue descubierto en julio de 2012 gracias a su desintegración en bosones (tanto bosones Z como fotones; ya en 2013 también en bosones W). El Higgs del modelo estándar también se desintegra en fermiones (quarks y leptones), aunque se han propuesto Higgs exóticos que no lo hacen, los fermiófugos y los leptófugos. El experimento CMS (LHC) observó la desintegración del Higgs en un par de leptones tau a sólo 2,8 σ (sigmas). Hoy se ha anunciado que ATLAS (LHC) ha observado el Higgs en el canal H→τ τ (tau-tau) a 4,1 σ, lo que combinado con CMS implica una observación del Higgs usando pares de leptones tau a 5,0 σ, es decir, hoy podemos afirmar que el Higgs ha sido redescubierto usando solamente fermiones. Además, su tasa de desintegración coincide con la predicha por el modelo estándar μ = 1,4 ± 0,5. Buenas noticias para todos. La charla de Aliaksandr Pranko, «ATLAS results on Higgs boson searches in fermion final states,» LHC Seminar, 26 Nov 2013 [pdf slides].

Dibujo20131126 H to tau-tau - Candidate Event hadronic-hadronic channel - atlas cern ch

Te recuerdo que el bosón de Higgs es una partícula inestable que no puede ser observada de forma directa porque se desintegra en 1,6 × 10−22 segundos. Lo único que podemos observar son los productos de su desintegración. El estado actual es que el Higgs ha sido observado en varios canales bosónicos: H→ZZ (6,7 σ en CMS y 6,6 σ en ATLAS, o sea 9,4 σ en LHC), H→γγ (3,2 σ en CMS y 7,4 σ en ATLAS, o sea 8,1 σ en LHC), y H→WW (4,0 σ en CMS y 3,8 σ en ATLAS, o sea 5,5 σ en LHC). En los canales leptónicos aún no había sido observado: H→τ τ (2,8 σ en CMS y 1,4 σ en ATLAS, o sea 3,1 σ en LHC), y H→bb (2,0 σ en CMS y 1,4 σ en ATLAS, o sea 2,4 σ en LHC). Por ello es una gran noticia que también haya sido observado en fermiones en el canal tau-tau: H→τ τ (2,8 σ en CMS y 4,1 σ en ATLAS, o sea 5,0 σ en LHC).

Dibujo20131126 H to tau-tau - events by subchannels - significance - atlas cern ch

ATLAS ha presentado los análisis de 20,3 /fb (inversos de femtobarn) de colisiones protón contra protón a 8 TeV c.m. (la combinación con los datos a 7 TeV c.m. todavía está en progreso). En el canal H→τ τ se observa el Higgs gracias a la desintegración posterior de los leptones tau en leptones y/o hadrones, con lo que hay tres tipos posibles de desintegraciones: Lep-lep, Lep-had y Had-had. En la desintegración τ(lep)τ(lep) se han observado 19 eventos con un fondo (background) de 13,5 ± 2,4 y una señal esperada de 5,7 ± 1,7, es decir, entre 4 y 7 de dichos eventos son Higgs; en la τ(lep)τ(had) se han observado 18 eventos con un fondo de 8,7 ± 2,4 y una señal esperada de 8,7 ± 2,5, es decir, entre 6 y 10 de dichos eventos son Higgs; y en la τ(had)τ(had) se han observado 19 eventos con un fondo de 11,8 ± 2,6 y una señal esperada de 8,8 ± 2,2, es decir, entre 5 y 9 de dichos eventos son Higgs. Aunque se han observado pocos Higgs desintegrados en leptones tau son suficientes para obtener una significación estadística de 4,1 sigmas; la combinación con los datos de colisiones a 7 TeV c.m. permitirá un redescubrimiento del Higgs en este canal en ATLAS.

Dibujo20131126 H to tau-tau - signal strength by subchannels - atlas cern ch

Se ha anunciado que la semana próxima CMS, el otro descubridor del Higgs en el LHC, publicará sus nuevos análisis de este canal. Todos esperamos que también redescubra el Higgs en este canal.

DIbujo20131125 higgs invariant mass two taus - Htautau MassPlot



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 26 noviembre, 2013
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