El bosón de Higgs estudiado con todas las colisiones del LHC Run 2

Por Francisco R. Villatoro, el 1 abril, 2019. Categoría(s): Bosón de Higgs • Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 8

Ya se están publicando en las conferencias de invierno (Moriond EW, Moriond QCD y Aspen 2019) nuevos análisis de la física del bosón de Higgs. Los primeros que usan todos los datos del LHC Run 2, las colisiones protón contra protón a 13 TeV c.m. recabadas entre 2016 y 2018. Por ejemplo, esta figura muestra el análisis de CMS del canal de desintegración en cuatro leptones, H→ZZ→4ℓ (4e, 4µ y 2e2µ), usando 137.1 /fb (inversos de femtobarn); recuerda que el Higgs se anunció en 2012 tras analizar unos 10 /fb de colisiones. El acuerdo con las predicciones del modelo estándar (SM) para una masa m = 125.09 GeV/c² es tan bueno como cabe esperar: se estima μ = 0.94 ± 0.07 (se predice µ=1) y σ = 2.73 ± 0.24 fb (se predice 2.76 ± 0.14 fb). Aún así, hay mucha física del Higgs que costará décadas desvelar.

Ya se han confirmado (alcanzando más de cinco sigmas de significación) el acoplamiento del Higgs a todos los fermiones de tercera generación (leptón tau, quark bottom y quark top). En todos los casos el resultado obtenido es compatible con las predicciones del modelo estándar. Para los fermiones de segunda generación se requiere una fábrica de Higgs (un futuro colisionador específico); así que habrá que esperar.

Nos lo cuentan Marumi Kado, “Higgs Summary and Outlook,” Aspen, 25 Mar 2019 [indico], Dorival Gonçalves, “Higgs Couplings,” Aspen, 25 Mar 2019 [indico], Caterina Vernieri, “Double Higgs Production status and outlook,” Aspen, 25 Mar 2019 [indico]. Las figuras en esta entrada son de The CMS Collaboration, “Measurements of properties of the Higgs boson in the four-lepton final state in proton-proton collisions at √s = 13 TeV,” CMS PAS HIG-19-001 [CDS], The ATLAS collaboration, “Measurement of Higgs boson production in association with a tt pair in the diphoton decay channel using 139 /fb of LHC data collected at √s=13 TeV by the ATLAS experiment,” ATLAS-CONF-2019-004 [CDS].

Esta figura de ATLAS muestra la producción asociada del Higgs junto a un par quark-antiquark top (pp→ttH, con H→γγ) usando 139 /fb de colisiones del LHC Run 2. Se ha observado esta desintegración con 4.9 sigmas y se ha medido una tasa de desintegración σttH×Bγγ = 1.59+0.43−0.39 fb, en buen acuerdo con el modelo estándar. Un resultado similar ha sido publicado por CMS pero sin los datos de 2018 (35.9 /fb en 2016 y  41.5 /fb en 2017) alcanzando 4.1 sigmas.

La mayor incógnita sobre el campo de Higgs en la actualidad es su potencial no lineal; la teoría premiada con el Nobel de Física de 2013 asume la función más sencilla concebible (un potencial cuártico V(H) = −μ2 H2 + λ H4, con λ = 0.13). Nos gustaría poder verificar que λ ≈ 0.13 y que no existe un término séxtico. Para ello se requiere estudiar en detalle la producción simultánea de dos bosones de Higgs, canal H →HH. Con las colisiones recabadas por el LHC hasta ahora (LHC Run 1 y LHC Run 2) es imposible. Habrá que esperar al LHC Run 3 y al futuro HL-LHC para acercarnos a dicho objetivo.

Obviamente, a todos los físicos nos gustaría que la exploración de la física del campo de Higgs ofreciera desviaciones respecto a la teoría de Brout–Englert–Higgs. Estas pequeñas desviaciones nos darán información muy relevante sobre la estabilidad del universo. Pero requieren futuros colisionadores. Así que habrá que esperar unas décadas para lograr la respuesta. 



8 Comentarios

  1. Me disculpo por la siguiente (mal planteada) pregunta “filosófica”: ¿Añadir un coeficiente no nulo al término séxtico (no renormalizable) H^6 del potencial implica “un higgs compuesto” (algo tipo topcolor)?, supongo que la respuesta es: NO y por alguna razón simple que se me escapa.

    Lo digo por sesgos mentales, me parece parecido a encontrar un bosón de norma que NO se incluya en un lagrangiano mediante la regla de acomplamiento mínimo. Supongo que una posible respuesta es simplemente que el higgs podría ser fundamental pero el coeficiente del término no renormalizable decrece con el aumento de la energía y alcanza cero en alguna escala donde nueva física entra ¿Alguien recomienda alguna lectura?

    Off-topic:

    Ese λ ≈ 0.13 es extraordinariamente fascinante 🙂 da muchísimo que pensar (en especial sobre la posible relevancia cosmológica). Su mención me hizo recordar que antes en este blog era muy popular la “conspiración Higgs-Top” (=asombro por lo cercano del acoplo de Yukawa del top a uno), Alejandro Rivero solía decir que el top no era “el patitio feo” y que en lugar de maravillarnos por el valor de la masa del top, deberíamos asombrarnos con igual intensidad por cada uno de los valores tan ridículamente “anti-naturales” de los demás fermiones XD

    1. Ramiro, un termino H^6 no implica necesariamente un Higgs compuesto, puede ser que simplemente el Higgs se mezcle con un escalar pesado que a bajar energias se puede integrar y, entre otros efectos, da un termino H^6. En general, cualquier escenario donde el Higgs sea el portal a otro sector va a generar un termino H^6.

      Es importante, creo, tener en mente que el potencial de Higgs del modelo estandard es simplemente la parametrizacion mas burda uno puede hacer, es poner a mano un termino Ginzburg-Landau para tu parametro de orden. Es de esperar que la teoria real tenga mas estructura, y descubrir un H^6 seria un paso hacia ella.

  2. Hola Francisco. No uso redes sociales, así que esta es la única manera posible de contactar contigo.

    Hay por ahí una noticia de un error en la fórmula de Hawking de la entropía de los agujeros negros. Si es así, sería la leche. Me recuerda al error de celebrar el cambio de año, siglo y milenio en las navidades 1999-2000 en vez de las navidades 2000-2001.

    Te lo digo porque seguro que te interesa.

    Saludos y perdón por comentar algo ajeno al tema del artículo. Entiendo que lo elimines después de leído.

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