Indicios a 2.8 sigmas locales de un segundo bosón de Higgs

El detector CMS del LHC en el CERN publicó en septiembre de 2017 un exceso a 2. 8 sigmas locales (1.3 sigmas globales) alrededor de 96 GeV en el canal de desintegración del bosón de Higgs en dos fotones (H→γγ). Por muy sugerente que pueda parecer, casi con toda seguridad es una fluctuación estadística (se han analizado 19.7 /fb de colisiones a 8 TeV del LHC Run 1, y 35.9 /fb a 13 TeV del LHC Run 2). A pesar de ello, varios físicos teóricos han propuesto posibles explicaciones supersimétricas para este segundo bosón de Higgs con una masa de unos 96 GeV.

Destaca entre ellos el físico Sven Heinemeyer (Instituto de Física Teórica, UAM/CSIC, Madrid, España) y sus colegas. Además del exceso en CMS hay un exceso local a 2.3 σ de un bosón escalar a ∼ 98 GeV en las colisiones de LEP (el primer colisionador que ocupó el túnel del LHC). Y más aún, un defecto (en lugar de exceso) en los datos de ATLAS en la misma región de masas. Heinemeyer y sus colegas han publicado cuatro artículos que tratan de explicar que el origen de estas tres anomalías es un nuevo bosón tipo Higgs.

A los interesados en los detalles les recomiendo consultar sus artículos T. Biekötter, S. Heinemeyer, C. Muñoz, “Precise prediction for the Higgs-Boson Masses in the μνSSM,” The European Physical Journal C 78: 504 (18 Jun 2018), doi: 10.1140/epjc/s10052-018-5978-7arXiv:1712.07475 [hep-ph]; Florian Domingo, Sven Heinemeyer, …, Georg Weiglein, “Decays of the neutral Higgs bosons into SM fermions and gauge bosons in the CP-violating NMSSM,” The European Physical Journal C 78: 942 (16 Nov 2018), doi: 10.1140/epjc/s10052-018-6400-1arXiv:1807.06322 [hep-ph]; S. Heinemeyer, T. Stefaniak, “A Higgs Boson at 96 GeV?!” arXiv:1812.05864 [hep-ph]; y T. Biekötter, M. Chakraborti, S. Heinemeyer, “A 96 GeV Higgs Boson in the N2HDM,” arXiv:1903.11661 [hep-ph].

La significación local para las colisiones a 8 TeV (LHC Run 1) es de unas 2.0 σ para un nuevo Higgs con una masa de 97.6 GeV/c². Para las colisiones a 13 TeV (LHC Run 2) es de unas 2.9 σ para un nuevo Higgs de 95.3 GeV/c². Combinando ambos resultados se obtienen 2.8 σ locales para una masa de 95.3 GeV/c². Por supuesto, la significación global es mucho más pequeña (recuerda el look-elsewhere effect). Como puedes observar en las figuras la tasa de desintegración del nuevo bosón es inferior a las predicciones del modelo MSSM (extensión supersimétrica mínima del modelo estándar) para un segundo bosón de Higgs (recuerda que los modelos supersimétricos predicen cinco bosones de Higgs, tres neutros, h, H y A, y dos cargados H+ y H; en los cálculos se ha supuesto que el ya descubierto es H y que el nuevo es h).

El desacuerdo entre la tasa de desintegración del supuesto nuevo bosón de Higgs con la predicción del modelo MSSM, lleva a Heinemeyer y sus colegas a proponer otra solución supersimétrica. Dicho supuesto nuevo bosón se puede acomodar usando los modelos NMSSM (extensión supersimétrica siguiente a la mínima del modelo estándar) y μνSSM (extensión más sencilla del NMSSM con neutrinos dextrógiros con masa vía un mecanismo de balancín (see-saw) en la escala electrodébil). Ya habrás oído muchas veces que las colisiones del LHC descartan el modelo MSSM (el falso dicho de que «el LHC ha matado a la supersimetría»). Sin embargo, modelos como NMSSM y μνSSM aún no han sido descartados («la supersimetría sigue viva y coleando»). De hecho, también habrás oído que la supersimetría no es una teoría científica porque no es falsable (con un espacio de parámetros con más de 120 dimensiones se puede esconder en casi todos los lugares posibles en las colisiones del LHC).

Dada la mala fama de la supersimetría entre los legos, Heinemeyer y sus colegas también nos proponen una solución sin supersimetría. El supuesto nuevo bosón se puede acomodar con una teoría N2HDM, la extensión más simple del modelo estándar con dos dobletes del campo de Higgs que preserva la simetría CP. Recuerda que en el modelo estándar el campo de Higgs se describe como un doblete (cuatro campos), que tras la rotura espontánea de la simetría electrodébil describen a baja energía el bosón de Higgs observado y las tres componentes longitudinales de los bosones débiles W y Z (origen de su masa). La supersimetría exige que el campo de Higgs presente al menos dos dobletes (ocho campos), cuatro como los anteriores y otros cuatro que conducen a cuatro nuevos bosones, dos neutros, uno CP-par, H, como el Higgs ya descubierto, y otro CP-impar, A, así como dos cargados con simetrías CP opuestas.

El modelo 2HDM es una extensión no supersimétrica del modelo estándar que describe el campo de Higgs con dos dobletes, pero que incumple con la simetría CP (por la existencia de dos bosones CP-impares). El modelo N2HDM es la extensión no supersimétrica del modelo estándar con dos dobletes, pero que cumple la simetría CP; por tanto, no presenta ni el bosón A, ni los bosones cargados. Así solo se observará a baja energía el bosón de Higgs ya descubierto y un nuevo bosón de Higgs CP-par; normalmente se llama H al de mayor masa y h al de menor masa. Para explicar el exceso, Heinemeyer y sus colegas proponen que el bosón ya observado a 125 GeV/² es el H y el supuesto nuevo bosón a 96 GeV/² es el h. Hay cuatro tipos de modelos N2HDM llamados I, II, III y IV (no entraré en los detalles que los diferencian). Según Heinemeyer y sus colegas los tipos II y IV son los únicos que acomodan de forma excelente el nuevo exceso.

En resumen, casi seguro que estamos ante una fluctuación estadística. Pero, ¿y si no lo es? ¿Y si estamos ante los primeros indicios de un nuevo Higgs? El estudio teórico de diferentes alternativas para explicar las anomalías observadas en las colisiones del LHC es una labor muy relevante. Así que todos debemos animar a los físicos más jóvenes a trabajar en fenomenología. Un campo apasionante y donde las posibilidades son casi infinitas, a la espera de que la Naturaleza nos hable y nos muestre el camino correcto.



16 Comentarios

  1. Cuando se deje encendidas las luces LED del pasillo al salir de vacaciones, nos lo vuelve a contar.
    También hay una cosa en los hospitales que se llama Tomografía de Emisión de Positrones, y que ayuda a que podamos erradicar un cáncer completamente, y que salió de una “chorrada” como ésta.

  2. La conjura de los necios: para investigar algo necesitarás antes el sello de calidad que otorgan los que remueven conciencias a golpe de tweet, no vaya a ser que malgastes “su dinero”; el dinero de los tontos.

  3. Troll. ESTÁ BIEN. tienes derecho de reclamar, después de todo, opinar es parte de la ciencia. pero tus argumentos son tan pendejos que lo único que consigues es la ira descontrolada de PLACK.

  4. Cuando se inspeccionan en detalle, resulta que la mayoría de los insectos que parecían de nuevas especies estaban catalogados. Así de frustrante resulta la profesión, Hay que prohibir (sí, prohibir) que los entomólogos pierdan su tiempo y nuestro dinero. A ver si aprenden a mirar hacia otro lado cuando un escarabajo les sorprenda. Como el resto de los mortales.

  5. Justo a eso me refería, de nuevo, cero razonamientos y palabras dignas de revista de sociales. Ningún pensamiento sobre el problema de la jerarquía, nada sobre la física del del top o porque el sector Higgs no puede ser extendido de esta u otra forma (lo cual sería una crítica objetiva, de valor y objetiva a este tipo de noticias) o el problema CP en QCD etc.

    Sólo palabras de prensa de sociales. Curioso que los defensores de “Lost in Math” nunca hablan de física.

    Tal vez deberíamos escribir: “Lost in sociology”

  6. Desde mi humilde posición quiero decir dos cosas: la primera q no entiendo un carallo de lo q Francis explica en este artículo y por ello me gustaría saber dónde puedo encontrar un sitio donde me explique bien que es el dichoso sigma. Por otro lado, que si, que me parece genial q se investigue gastando lo q haga falta en ciencia. Que por mi pueden gastarse toooodo el presupuesto de «defensa» o el equivalente al rescate bancario en descubrir como demonios funciona el universo o la gravedad porque si algo tengo claro es q la esperanza de la humanidad está en el conocimiento y en el sentido común, es decir, la ciencia. El resto son memeces y egoísmos e intrigas de mierda. Espero sinceramente seguir leyendo artículos que no entiendo porque los que si entiendo me muestran un mundo que vale muy poco… Gracias por tu trabajo y por gastar la energía en divulgar.

    1. Jesús, he contado tantas veces en este blog lo que son las sigmas, que ya me da pereza volverlo a repetirlo. Puedes leer “Qué significan cinco sigmas para el descubrimiento del bosón de Higgs”, LCMF, 29 Jun 2012; “Por qué cinco sigmas en un solo experimento no son suficientes para un descubrimiento”, LCMF, 14 Jul 2012; “La historia de las cinco sigmas en física de partículas”, LCMF, 14 Ago 2013; “Cinco sigmas de algo esperado es un descubrimiento, pero de algo inesperado no lo es”, LCMF, 24 Jul 2014; etc.

  7. Mucha gente piensa que se gasta demasiado dinero en esto o lo otro, en el espacio, telescopios, naves, etc. En lugar de en curar el cancer, solucionar la pobreza, etc.

    Pero se equivocan en un par de cosas fundamentales. Por un lado, si algo es “casi seguro”, no vale. Tanto si sí, como si no, habrá que estar seguros. Y eso se consigue investigando, dedicando tiempo, esfuerzo, talento… y dinero también.

    Por otro lado, no se sabe qué vas a descubrir, y después, no sabes para qué se va a poder usar. Eso vendrá luego, y probablemente se podrá usar para cosas buenas y para cosas malas, como todo siempre.

    Hay dos tipos de investigación: una cosa es investigar “cómo solucionamos tal problema”, que es un tema más de ingeniería, de usar los conocimientos que tenemos para aplicarlos. Mejor llamarlo simplemente innovación. Otra cosa es investigar “qué es esto que no entendemos o no conocemos”. Esa investigación es larga, cara, y nunca te garantiza nada. Pero si quieres no quedarte donde estabas, tienes que hacerla.

  8. Hola, buenos días.

    ¿A qué se debe el pico en torno a los 90 Gev?. Se habla de los bosones de Higgs en torno a 96 y 125 Gev, pero no se dice nada de lo que sucede en torno a los 90 Gev.

    Un saludo y gracias.

      1. Hola. Entiendo que sí, que el Z se desintegra en un par de partícula-antipartícula y que estos luego se desintegran en fotones, ¿no?

        Un saludo y gracias por tu atención

  9. Me ha encantado esta entrada, hace volar la imaginación.

    Pero bueno, todos sabemos casi seguro que por desgracia no habrá nueva física en esto.

  10. Como lego, una pregunta: si la medida resulta no ser una fluctuación, y se puede explicar con modelos con y sin supersimetría, entiendo que el siguiente paso sería proponer nuevas medidas para ir acotando los posibles parámetros válidos. ¿A que modelo daría prioridad? No se debería ir a por el modelo más sencillo hasta que falle?

    1. Petardus, siempre se recurre primero al modelo más sencillo, como bien dices. Aún así, el segundo bosón de Higgs permitirá realizar mejores predicciones supersimétricas, así que se facilitará las búsquedas de otras partículas supersimétricas que ahora mismo están en curso.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 29 marzo, 2019
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