La estimación oficial de la masa del bosón de Higgs es de 125.25 ± 0.17 GeV/c² (PDG 31/05/2023), cuyo error es del 0.14 %. Este valor está basado en combinar el valor 124.86 ± 0.27 de ATLAS en el LHC Run 2, el valor 125.46 ± 0.16 de CMS en el LHC Run 2, y el valor combinado 125.09 ± 0.21 ± 0.11 de ATLAS+CMS en el LHC Run 1. La colaboración ATLAS  acaba de publicar su nuevo valor oficial, 125.11 ± 0.09 ± 0.06 = 125.11 ± 0.11 GeV/c², gracias a la combinación de las colisiones del LHC Run 1 (25 fb⁻¹ de colisiones a 7 y 8 TeV c.m.) y del LHC Run 2 (140 fb⁻¹ de colisiones a 13 TeV c.m.). La nueva medida de la masa del Higgs se ha obtenido combinando la desintegración del Higgs que ofrece una masa más precisa, H→ZZ* →4ℓ (la desintegración de un Higgs en cuatro leptones vía un par de bosones Z) y la desintegración del Higgs más numerosa en los detectores, H→γγ (la desintegración en un dos fotones vía un bucle de tres partículas de gran masa, quarks top o bosones W). El resto de las desintegraciones observadas tienen menor significación estadística y no aportan nada relevante respecto a la estimación de la masa. Una combinación similar con los datos de CMS espero que se publique este año; pero creo que habrá que esperar al próximo año para conocer el nuevo valor combinado ATLAS+CMS con datos del LHC Run 1 y 2. La física de partículas sigue siendo apasionante.

Quizás te preguntes, por qué es necesaria una medida muy precisa de la masa del bosón de Higgs (y por extensión de todos los parámetros del campo de Higgs y, de hecho, de todos los parámetros libres del modelo estándar). La razón es que el valor de la masa del bosón de Higgs no es predicho por el modelo estándar, pues las masas de todos los campos son parámetros libres en dicho modelo (nota que he dicho campos, porque el modelo estándar tiene poder predictivo potencial para la masa de las partículas que no están asociadas directamente con un campo, como los hadrones). Su relevancia está en que se espera que las primeras señales de física más allá del modelo estándar se observarán en estudios de precisión de sus predicciones; como su incertidumbre depende de la que de sus parámetros libres, reducir el error en la medida de parámetros tan relevantes como la masa del Higgs o la masa del quark top, tiene un efecto inmediato en las predicciones teóricas para la interpretación de las colisiones observadas. Además, para el público general, lo más relevante es que la masa del Higgs nos permite evaluar la metaestabilidad del vacío de nuestro universo (LCMF, 01 dic 2017), es decir, la vida esperada de nuestro universo.

Por cierto, la nueva estimación de ATLAS es todavía provisional (preliminary), pues se ha publicado en una ponencia para una conferencia científica; el artículo definitivo aún no se ha publicado (aunque en este caso auguro que no habrá cambios en el valor de la estimación). El nuevo artículo es ATLAS Collaboration, «Combined measurement of the Higgs boson mass from the H→γγ and H→ZZ* →4ℓ decay channels with the ATLAS detector using √s = 7, 8 and 13 TeV pp collision data,» ATLAS-CONF-2023-037, 19 Jul 2023 (CERN CDS https://cds.cern.ch/record/2865480). Se  han hecho eco de este resultado en ATLAS Collaboration, «ATLAS measures Higgs boson mass with unprecedented precision,» News, ATLAS, 21 Jul 2023; «ATLAS sets record precision on Higgs boson’s mass,» News, CERN, 21 Jul 2023. La figura sobre la supersimetría la he sacado de la charla de Stephen P. Martin, «Status and Future of Supersymmetry,» SUSY 2023, 21 Jul 2023 [indico slides].

[PS 12 ago 2023] El artículo de ATLAS ya ha aparecido en arXiv: ATLAS Collaboration, «Combined measurement of the Higgs boson mass from the H→γγ and H→ZZ* →4ℓ decay channels with the ATLAS detector using √s = 7, 8 and 13 TeV pp collision data,» arXiv:2308.04775 [hep-ex] (09 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.04775. [/PS]

Se suele afirmar que la masa de todas las partículas fundamentales tiene su origen en el campo de Higgs, en concreto, en el acoplamiento del campo cuántico de la partícula con el vacío del campo de Higgs. Se trata de una simplificación ya que ignoramos el origen de la masa de los neutrinos (aunque si fueran fermiones de Dirac podrían tener dicho origen). Y, además, la masa del bosón de Higgs no tiene dicho origen, sino que es una propiedad intrínseca del campo de Higgs; por supuesto, no es mucho abuso del lenguaje, ya que dicha masa está asociada a su autointeracción, cómo este campo interacciona consigo mismo. En concreto, el potencial del campo de Higgs es V(h) = −µ² |h|² + λ |h|⁴, donde λ > 0 y µ² > 0 a baja energía (aunque a alta energía µ² < 0 y el potencial tiene como único mínimo h=0). La energía del vacío del Higgs es el mínimo del potencial, sea v² = |µ|²/ λ, que se estima en v = 246.22 GeV. Mientras que la masa del Higgs es m = 2 |µ|, que no se puede determinar a partir de v y requiere conocer λ (nota que m² = 2 λ v²). Por supuesto, el potencial de Higgs podría ser más complejo (presentar términos de mayor orden, como |h|⁶, |h|⁸, etc.), de gran relevancia para entender la transición de fase electrodébil en la teoría del big bang y la metaestabilidad del vacío de nuestro universo. El estudio de la producción de varios Higgs en las colisiones del HL-LHC permitirá determinar si los coeficientes de estos efectos son los predichos por el modelo estándar o si aparecen correcciones que apuntarán a física más allá. Así, la masa del Higgs es una propiedad fundamental en el modelo estándar, con muchos efectos colaterales. Un buen ejemplo es el siguiente.

¿Ha demostrado el LHC que no existe la supersimetría a baja energía? No, a pesar de lo que divulgan algunas personas. ¿Puede el LHC o el futuro HL-LHC refutar la supersimetría a baja energía? No, no puedo. Pero pudo haberlo hecho gracias al bosón de Higgs. Una predicción genérica de la supersimetría a baja energía es que el bosón de Higgs tiene que ser ligero, con una masa menor de unos 135 GeV/c² (según las predicciones de principios de los 1990). Si el bosón de Higgs hubiera tenido una masa mayor que el quark top (mayor de 175 GeV/c²), como muchos pensaban en 2010, la supersimetría a baja energía hubiera sido refutada por el LHC en 2012. El LHC hubiera matado la estrella de la SUSY («LHC killed the SUSY star», al hilo de la canción «Video Killed the Radio Star»). Pero la Naturaleza prefirió un Higgs con una masa justo en la mitad entre 115 (el límite de exclusión superior según LEP) y 135 (el límite de exclusión inferior según la SUSY). La adición de la supersimetría al modelo estándar requiere extenderlo con unos 120 parámetros libres; en un espacio paramétrico con un volumen tan enorme es imposible descartar nada. Los indicios de la supersimetría a baja energía tienen que seguir siendo buscados en el LHC (y en el futuro HL-LHC), pues la Naturaleza siempre nos reserva sorpresas inesperadas.