Combinación oficial ATLAS+CMS para la masa del bosón de Higgs

Por Francisco R. Villatoro, el 17 marzo, 2015. Categoría(s): Bosón de Higgs • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 3

Dibujo20150317 atlas and cms preliminary - lhc run 1 - combination - cern

El bosón de Higgs fue descubierto en el LHC por ATLAS y CMS de forma independiente. La combinación de los datos de ambos experimentos permite afinar sus propiedades. Hoy, por primera vez, se publica una combinación oficial LHC Run 1 para la masa del bosón de Higgs. La masa del Higgs es 125,09 ± 0,24 (0,21 estad. ± 0,11 sist.). Un resultado muy esperado que se ha hecho público en la conferencia 50th Rencontres de Moriond, La Thuile, Italia [programa].

La figura muestra los resultados de ATLAS y CMS para los canales H→ZZ→4l y H→γγ. La combinación LHC Run 1 reduce en gran medida la incertidumbre. Destacando la buena compatibilidad con las predicciones del modelo estándar.

La noticia nos la ha contado Cian O’Luanaigh, “LHC experiments join forces to zoom in on the Higgs boson,” CERN News, 17 Mar 2015. La charla es Michael Duehrssen (for the ATLAS and CMS collaborations), “Higgs combination,” 50th Rencontrs de Moriond, 17 Mar 2015 [PDF slides]. El artículo técnico estará disponible en ArXiv dentro de unos días.

Dibujo20150317 higgs combination atlas and cms preliminary - lhc run 1 - cern

Los datos de ATLAS y CMS son en gran medida compatibles entre sí. Como muestra el eje horizontal de esta figura la diferencia está por debajo de una sigma. Los datos combinados en los canales H→ZZ→4l y H→γγ también son compatibles entre sí por debajo de una sigma (ver eje vertical en esta figura).

Dibujo20150317 atlas cms higgs combination - lhc run 1 - cern

Esta tabla/figura muestra más claramente las diferencias entre ambos canales y ambos experimentos. En el canal H→γγ la diferencia es de 2,1 sigmas y en el canal H→ZZ→4l de sólo 1,3 sigmas. Al combinar los datos de colisiones de ambos experimentos (lo que duplica el número de colisiones analizadas) se reducen estas diferencias hasta casi desaparecer. Un resultado espectacular donde los haya.

Dibujo20150317 mass precision - atlas cms higgs combination - lhc run 1 - cern

La combinación reduce la incertidumbre en la masa del bosón de Higgs a sólo el 0,19%. Un resultado realmente espectacular. Como se observa la medida está dominada por la incertidumbre estadística (el número de colisiones analizadas). Los errores sistemáticos (debidos a la teoría y la escala de energía) son más pequeños. No habrá un nuevo valor de la masa del Higgs hasta que el LHC Run 2 acumule suficientes colisiones (como pronto finales de 2016), por lo que hasta entonces podemos decir que la masa del Higgs es 125,09 ± 0,24 GeV.

Dibujo20150317 higgs ouplings to fermions and gauge bosons - atlas cms higgs  - cern

Todavía no se han publicado los acoplos de Yukawa y los parámetros del Higgs obtenidos con la combinación ATLAS+CMS. La charla de Michael Duehrseen sólo presenta los nuevos resultados para ATLAS. En cualquier caso, queda claro por estas figuras separadas ATLAS (izquieda) y CMS (derecha) el buen acuerdo entre el Higgs observado y el Higgs predicho por el modelo estándar.

En resumen, combinar las colisiones de dos detectores diferentes no es trivial. Ha requerido varios años poder combinar ATLAS y CMS de forma oficial (de forma oficiosa se ha hecho muchas veces por mucha gente). Lo importante es que se ajusten los algoritmos para poder repetir este tipo de combinación oficial de forma periódica. El estudio de la física del Higgs en el LHC Run 2 promete ser apasionante.



3 Comentarios

  1. Vaya, el 0,19% de precisión parece una gran noticia.
    Hay una cosa que no entiendo ¿Por qué el Fermilab pudo detectar una nueva partícula de 173 GeV, el Quark Top y no pudo detectar el Bosón de Higgs cuya masa 125,09 GeVes bastante inferior?
    ¿Porque las colisiones protón-antiprotón del Fermilab no producen Higgs y las protón-protón del LHC sí?

    1. Albert, la diferencia es la sensibilidad de los detectores a los diferentes modos de desintegración de la partícula. Tevatrón (Fermilab) se diseñó para observar el quark top. En su Run II se trató de buscar el Higgs mejorando los detectores, pero no fue una mejora suficiente (podría haber visto el Higgs en el canal bb si hubiera seguido tomando colisiones durante tres años más, pero no estaba preparado para observarlo en los canales difotónico y ZZ).

      Las colisiones protón-antiprotón a 2 TeV c.m. del Tevatrón producen Higgs. En sus 10/fb de colisiones hay unos 2300 bosones de Higgs, pero la mayoría se desintegran en el canal H→bb, un par de quarks bottom-antibottom, fáciles de detectar, pero con un gran fondo de ruido, lo que implica una baja sensibilidad. El Tevatrón ha visto el Higgs en este canal con más de 3 sigmas (combinando DZero + CDF), pero menos de las 5 necesarias para un descubrimiento (hubieran sido necesarias 5 sigmas en cada experimento DZero y CDF de forma independiente para lograrlo).

      Saludos
      Francis

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