Nuevos resultados combinados ATLAS+CMS sobre el bosón de Higgs

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La colaboración entre ATLAS y CMS es clave para caracterizar el Higgs. Ya se publicó el valor combinado para la masa del bosón de Higgs en la revista Physical Review Letters: 125,09 ± 0,24 GeV/c²  = 125,09 ± 0,21 (est.) ± 0,11 (sist.) GeV/c². Ahora se hace público el análisis combinado ATLAS+CMS para cada uno de sus modos de producción y canales de desintegración. El valor que resume los resultados es la potencia de la señal (signal strength) μ = 1,09 ± 0,11, que es perfectamente compatible con el modelo estándar (μ = 1).

Ha hecho público estos resultados Marco Pieri, «Higgs boson coupling measurements,» The 3rd Annual Large Hadron Collider Physics Conference (LHCP2015), 01 Sep 2015 [contribution]. Ya me hice eco del resultado combinado para la masa en «Combinación oficial ATLAS+CMS para la masa del bosón de Higgs,» LCMF, 17 Mar 2015. El artículo ya publicado es G. Aad et al. (ATLAS Collaboration, CMS Collaboration), «Combined Measurement of the Higgs Boson Mass in pp Collisions at √s = 7 and 8 TeV with the ATLAS and CMS Experiments,» Phys. Rev. Lett. 114: 191803, 14 May 2015, doi: 10.1103/PhysRevLett.114.191803, arXiv:1503.07589 [hep-ex].

Dibujo20150901 higgs mass combination - atlas cms lhc cern

ATLAS y CMS han recopilado una cantidad similar de datos de colisiones protón contra protón en el LHC Run 1. En concreto, cada uno ha logrado una luminosidad integrada de ~5 /fb a 7 TeV (2011) y de ~20 /fb a 8 TeV (2012). Por tanto, un análisis combinado ATLAS+CMS corresponde a unos 50 /fb de colisiones (recuerda /fb = fb-1 se lee inversos de femtobarn). Para la estimación de la masa del Higgs se han usado los dos canales de desintegración más significativos (la desintegración en dos fotones vía un bucle y la desintegración en cuatro leptones vía una pareja ZZ). La tabla de arriba resume los resultados concretos.

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Para comparar los valores predichos por la teoría del modelo estándar (a orden perturbativo NNLO o NLO según el modo o canal) y los resultados experimentales se utiliza la potencia de la señal μ, el cociente entre el valor experimental y su predicción teórica (μEXPSM). Para los modos de producción se compara la sección eficaz de producción observada (σi) y la predicha (σiSM) resultando μi = σi / σiSM. Para los modos de desintegración se compara la fracción (probabilidad) observada (BRf) y la predicha (BRfSM) resultando μf = BRf / BRfSM. Esta tabla muestra los resultados para ATLAS, CMS y su combinación ATLAS+CMS.

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Esta figura ilustra la comparación entre los diferentes modos de producción del Higgs (espero que los diagramas de Feynman sean autoexplicativos). El resultado para cada uno de los canales de desintegración (elipses de color) y el mejor ajuste combinado (símbolo +) muestran un buen acuerdo con el modelo estándar (símbolo ∗). Por supuesto, las curvas corresponden a las elipses a 1 sigma (68% CL). Con solo unos 50 /fb de colisiones del LHC Run 1 no podemos esperar mucho más.

Dibujo20150901 couplings higgs - atlas cms lhc cern

También se pueden comparar los acoplos entre el Higgs y las demás partículas usando los parámetros κi = Σ μif BRf. Para los bosones vectoriales (iV) y para los fermiones (i = F). Los resultados para diferentes canales (parte izquierda de la figura) y los resultados combinados (parte derecha de la figura) están en buen acuerdo con el modelo estándar (recuerda que el mejor ajuste está en + y la predicción teórica en ∗).

Dibujo20150901 higgs couplings as functoin of particle mass - atlas cms lhc cern

Esta figura muestra la manera más común de resumir la situación experimental con los acoplos del Higgs a las diferentes partículas. Se presentan los acoplos (con su incertidumbre) para las partículas vectoriales (bosones) y para los fermiones en función de la masa de la partícula (este figura requiere normalizar de forma diferente ambos tipos de acoplos). El resultado teórico es una línea recta. El resultado experimental está en muy buen acuerdo con la predicción teórica.

Se presentan más resultados, pero no quiero aburrir. La masa del bosón de Higgs se ha medido con un error del 0,2%. Además, se ha (re)descubierto a más de 5 σ el Higgs en el modo de desintegración ττ y en el modo de producción VBF. Todos los acoplos y potencias de señal se ajustan al modelo estándar con una precisión de O(10%). Para mejorar estos resultados de forma significativa habrá que esperar a que el LHC Run 2 con colisiones a 13 TeV acumule un número similar de colisiones (es decir, dentro de un par de años).

El resumen es que el Higgs observado con unos 50 /fb de colisiones se parece tanto al predicho por el modelo estándar como cabía esperar. No se observa ninguna desviación reseñable (que no esté justificada por errores estadísticos y/o sistemáticos).

PS: uso el término «acoplos» en lugar del más correcto en español «acoplamientos» por costumbre en el área.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 1 septiembre, 2015
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