CMS observa con tres sigmas la desintegración del bosón de Higgs en dos muones

Por Francisco R. Villatoro, el 4 agosto, 2020. Categoría(s): Bosón de Higgs • Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 4

La observación de la desintegración de un bosón de Higgs en un par de muones (H → μ+μ) es uno de los objetivos del LHC; alcanzar 5 sigmas es imposible con la luminosidad integrada alcanzada por el LHC Run 2, que usa colisiones protón-protón a 13 TeV c.m. ATLAS ha alcanzado 2.0 sigmas con µ = 1.2 ± 0.6 tras analizar 139 /fb de colisiones y CMS ha logrado 3.0 sigmas con µ = 1.19 ± 0.44 tras analizar 137 /fb de colisiones (observa que ambos son compatibles con la predicción µ = 1.0 del modelo estándar). Quizás hayas leído que CMS ha vencido a ATLAS, sin embargo, habrá que esperar al LHC Run 3 para la observación a cinco sigmas de este canal de desintegración; además, se logrará de forma independiente por ambos detectores, pues no compiten entre sí sino que se complementan.

Los nuevos artículos (divulgados en el congreso ICHEP 2020) son CMS Collaboration, «Measurement of Higgs boson decay to a pair of muons in proton-proton collisions at √s= 13 TeV,» CMS-PAS-HIG-19-006, 29 Jul 2020; ATLAS Collaboration, «A search for the dimuon decay of the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector,» CERN-EP-2020-117, arXiv:2007.07830 [hep-ex] (15 Jul 2020); Freya Blekman, «CMS Sees Evidence for the Higgs Boson Decaying Into Muons,» News, CMS, 03 Aug 2020; «ATLAS one step closer in the search for rare Higgs boson decays to muons,» News, ATLAS, 23 Jul 2020; «CERN experiments announce first indications of a rare Higgs boson process,» News, CERN, 03 Aug 2020; Tommaso Dorigo, «Higgs Decay To Muons: CMS Wins The Race,» AQDS, 31 Jul 2020.

Para los interesados en recordar qué es el bosón de Higgs y qué es la rotura de la simetría electrodébil, recomiendo las piezas excelentemente ilustradas de Flip Tanedo, «Why do we expect a Higgs boson? Part I: Electroweak Symmetry Breaking,» Quantum Diaries, 21 Nov 2011; «Why do we expect a Higgs boson? Part II: Unitarization of Vector Boson Scattering,» QD, 14 Feb 2012; «Particle Paparazzi: the private lives of the Standard Model particles (summary),» QD, 03 Mar 2012; y los cientos de piezas de este blog.

[PS 14 sep 2020] El artículo de CMS ha aparecido en arXiv como CMS Collaboration, «Evidence for Higgs boson decay to a pair of muons,» arXiv:2009.04363 [hep-ex] (09 Sep 2020). [/PS]

Esta figura resume los acoplamientos del bosón de Higgs que han sido determinados hasta el momento. Los más precisos son los asociados a las partículas con mayor masa, el quark top o cima (t) y los bosones vectoriales débiles W y Z. Le siguen los fermiones de tercera generación, el quark bottom o fondo (b) y el leptón tau (τ), ambos observados a cinco sigmas (el intervalo de error para el quark b es aún grande porque es el canal más ruidoso en el LHC para estudiar el Higgs, aunque es el canal más probable). Finalmente, encontramos el nuevo resultado para el muón (μ). Como puedes comprobar todos estos acoplamientos son compatibles con las predicciones del modelo estándar; aún así, se consideran tests de precisión del modelo estándar y es necesario buscar cualquier tipo de desviación, por pequeña que sea, respecto a sus predicciones, lo que sería una señal de nueva física.

Estas dos imágenes muestran desintegraciones de un Higgs en un par de muones en CMS (arriba) y ATLAS (abajo). He seleccionado dos que son muy similares entre sí. La observación de este tipo de desintegraciones es posible gracias a los espectrómetros de muones que rodean a CMS y ATLAS, siendo responsables de que sean detectores de gran tamaño.

Esta es la figura más relevante del nuevo trabajo de CMS, la que estima la significación de la observación de la desintegración H → μμ en sus diferentes canales. Se observan los resultados para el LHC Run 1 (Hμμ 7+8 TeV) así como los resultados combinados LHC Run 1 + LHC Run 2 (Combined 7+8+13 TeV). También los diferentes modos de producción del Higgs, la fusión de bosones vectoriales (VBF-cat.), la asociada a un par top-antitop (ttH-cat.), la asociada a un bosón vectorial (VH-cat.) y la asociada a un par de chorros hadrónicos originados por gluones (ggH-cat.).

No quiero entrar en más detalles (si te interesa saber más sobre el Higgs y cómo se observa en el LHC puedes buscar en este blog unos cientos de piezas sobre este tema). Quedan muchas cosas que ignoramos sobre el Higgs, pero ni el LHC Run 3 ni el futuro HL-LHC podrán desvelarlas; se requiere una fábrica de Higgs que no parece que pueda llegar a ver la luz antes de 2030. Mientras tanto creo que conviene recordar de vez en cuando que seguimos progresando en nuestro conocimiento sobre la última partícula del modelo estándar que hemos descubierto.



4 Comentarios

  1. Suena tan hermoso y tan fácil, Francisco, que aunque el mundo de las ciencias esté tan lejos de mi entendimiento, me siento arrobada cada vez que leo tus artículos.
    Eres el eslabón entre la mente lega y el conocimiento científico.
    ¡Gracias!

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