CMS excluye un segundo bosón de Higgs con masa menor de 1000 GeV

Dibujo20150407 cms - exclusion plot - higgs boson - upto 1000 gev - cms - lhc - cern

Un segundo bosón de Higgs con masa entre 145 y 1000 GeV se desintegrará con preferencia en dos bosones vectoriales (H→ZZ y H→WW). El último análisis de CMS excluye un segundo bosón de Higgs en dicho intervalo gracias al análisis de 5 /fb y 20 /fb de colisiones a 7 TeV y 8 TeV, resp. Análisis previos de ATLAS y CMS lo habían excluído al 95% C.L. por debajo de 560 GeV y 710 GeV.

El nuevo artículo es CMS Collaboration, «Search for a Higgs boson in the mass range from 145 to 1000 GeV decaying to a pair of W or Z bosons,» CMS-HIG-13-031, CERN-PH-EP-2015-074, arXiv:1504.00936 [hep-ex].

Dibujo20150507 Higgs boson - branching ratio - atlas experiment - lhc cern

Esta figura muestra los canales de desintegración más probables para un bosón de Higgs con masa entre 50 y 1000 GeV. Se observa claramente que por encima de 145 GeV domina el canal H→WW, seguido por el canal H→ZZ. Entre 400 y 1000 GeV el tercer canal importante es el canal H→tt. Este tipo de análisis se beneficiará mucho del incremento de energía en las colisiones del LHC, con lo que los próximos años serán bastante habituales este tipo de artículos de CMS y ATLAS.

Dibujo20150407 table cms - channel analysis - higgs boson - upto 1000 gev - cms - lhc - cern

Esta tabla muestra los diferentes modos de desintegración analizados y el rango de energía en el que permiten estudiar el bosón de Higgs. La figura de exclusión que abre esta entrada se ha obtenido combinando todos estos canales.

Dibujo20150407 higgs - ww - 2l2nu - cms - lhc - cern

En el canal H → WW → llνν el Higgs decae en dos bosones W que a su vez decaen de forma leptónica en un leptón (electrón o muón) y un neutrino (electrónico o muónico); si un W decae en un leptón, el otro decaerá en un antileptón; los neutrinos no se observan en los detectores y aparecen como una gran cantidad de energía perdida (mT). La incertidumbre total en este canal ronda el 15% y está dominada por la estadística (el número de colisiones disponibles).

Dibujo20150407 higgs - ww - qqlnu - cms - lhc - cern

En el canal H → WW → lνqq el Higgs decae en dos bosones W, uno que decae de forma leptónica y el otro de forma hadrónica (en un par quark-antiquark). El ruido de fondo en este canal es muy alto: desintegraciones tipo W+chorros (en rojo) y de pares top-antitop (en verde). Note que en estas figuras el fondo son miles de sucesos, mientras que en la figura anterior son solamente cientos de sucesos.

Dibujo20150407 higgs - zz - 4l - cms - lhc - cern

Una excelente relación señal/ruido se observa en el canal H → ZZ → 2l2l, la desintegración en dos bosones Z que su vez se desintegran en dos parejas de leptones (electrones, muones o tau). Sólo se observan decenas de sucesos con lo que la señal de un Higgs se observaría con gran claridad. Además, la calidad de CMS en la reconstrucción de sucesos con leptones es excelente (tanto de electrones en los calorímetros electromagnéticos, como de muones en las cámaras de muones). Los sucesos de tipo Z → ττ se reconstruyen vía las desintegraciones leptónicas (en electrones y muones) y hadrónicas de los leptones tau, es decir, vía Z → τhτh, Z → τeτh, Z → τµτh, y Z → τeτµ. También se han analizado los canales H → ZZ → 2l2ν, y H → ZZ → 2l2q (omito figuras y más detalles).

Dibujo20150407 ew singlet - exclusion plot - cms - lhc - cernAdemás de un bosón de Higgs tipo modelo estándar con masa entre 145 y 1000 GeV, también se han buscado bosones escalares más allá del modelo estándar. El bosón de Higgs es un doblete electrodébil y podría existir otro escalar de tipo singlete electrodébil. La mezcla entre ambos daría lugar a resonancias que se podrían observar por encima de la masa del Higgs. Hay muchos modelos concretos, por ello en CMS se usa una aproximación fenomenológica basada en dos parámetros efectivos C’² y Bnew (no quiero entrar en detalles técnicos). Para un acoplo unidad del nuevo singlete con el Higgs, µh(125) = 1 ± 0,14, el parámetro C’² debe ser C’² < 0,28 at 95% CL para Bnew=0. Al introducir dos nuevos parámetros no se puede excluir todo el intervalo estudiado y quedan ciertos huecos sin excluir. Las colisiones a 13 TeV en el LHC que se inician en 2015 permitirá mejorar mucho este tipo de análisis de modelos más allá del modelo estándar.

En resumen, un artículo interesante que nos muestra el tipo de cosas que se irán publicando en el LHC Run 2 durante los próximos años.



3 Comentarios

  1. Una pregunta elemental, Francisco:
    Eso de medir las masas en GeV se debe a 1) la equivalencia masa-energía o 2) la cantidad de energía invertida en el acelerador para detectar esas partículas ?

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 7 abril, 2015
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