Voy a empezar por el final. La combinación oficiosa de Philip Gibbs
para el canal difotónico de ATLAS y CMS no deja lugar a dudas, una
evidencia a 6,02 sigmas de significación estadística local en el
intervalo entre 110 y 150 GeV. Gracias a analizar los datos de
colisiones tanto de 2011 como de 2012, se ha logrado un descubrimiento
de un bosón escalar con una masa entre 125 y 126 GeV.
Continuando con el final, la combinación ATLAS+CMS oficiosa de Philip
Gibbs para los dos canales que han permitido el descubrimiento del
Higgs, tampoco deja lugar a dudas, una señal a 7,39 sigmas de confianza
estadística local. Estos dos canales son el canal difotónico (0,2 % de
las desintegraciones de un Higgs) y el canal de desintegración en dos
bosones Z que se desintegran a su vez en cuatro leptones cargados,
cuatro muones, cuatro electrones, o dos electrones y dos muones (0,01 %
de las desintegraciones del Higgs). Estas figuras oficiosas serán muy
parecidas a las figuras oficiales (que seguramente no se publicarán
hasta el año que viene).
Para los interesados en la combinación oficiosa de todos los datos
disponibles, Philip Gibbs nos presenta en esta figura la combinación de
los datos de LEP2, Tevatrón (publicación del pasado lunes), LHC 2011
(reanalizados) y LHC 2012. Una combinación oficiosa que muestra una
señal de un Higgs con una masa de 125,5 GeV con una confianza
estadística local de 7,45 sigmas. Más aún, se excluye el bosón de Higgs
en todo el intervalo de masas entre 100 y 600 GeV, salvo a dicha masa,
en la zona en fondo de color rojo hasta 5 sigmas (rosa oscuro para 4
sigmas y rosa claro para 3 sigmas), lo que nos indica que se pueden
utilizar los sigmas locales sin necesidad de recurrir a sigmas globales.
La experiencia previa indica que esta figura será bastante parecida a
la figura oficial que combine estos datos (que posiblemente nunca se
publique). Realmente el trabajo de Philip Gibbs es espectacular. Además,
la señal de un Higgs del Modelo estándar tiene un valor de 0,99 (cuando
se esperaría un valor igual a 1) lo que ratifica que la señal tiene
toda la pinta de ser el Higgs predicho (sin aditamentos).
Esta mañana todo empezó con la charla de Joe (Joseph) Incandela,”
Status of the CMS SM Higgs Search” [
slides].
Tras contarnos cómo se produce el Higgs en el LHC, cómo se desintegra y
cómo funcionan los detectores de CMS de diferentes tipos de partículas,
fue directo al grano, al canal difotónico. En este canal el Higgs se
desintegra en un par de fotones, las trazas verdes que se ven en este
evento obtenido en mayo de 2012, un evento limpio, casi de libro, de un
candidato al Higgs (nunca se puede estar seguro al 100%).
Los datos en el canal difotónico de 2012 (con colisiones a 8 TeV
c.m.) no son suficientes para proclamar un descubrimiento, como muestra
esta figura. solo hay un pequeño exceso respecto a las predicciones para
el fondo (el punto que está encima de la línea rayada en la parte alta
del óvalo negro). De hecho, hay puntos similares en otros lugares. Para
obtener una descubrimiento hay que combinar las colisiones de 2012 con
las de 2011 (que fueron a 7 TeV c.m.). Esta combinación ha exigido un
reanálisis de los datos de 2011 con los mismos algoritmos que se han
utilizado para analizar los datos de 2012, con lo que ha mejorado
enormemente el resultado.
El resultado es esta figura de gran belleza y limpia como una patena.
Hay una “joroba” (bump) clarísima alrededor de 125 GeV, que aparece
ampliada en el recuadro. La coincidencia de esta joroba tanto en los
datos de 2011 como en los de 2012 es clave para el descubrimiento. Esta
figura no deja lugar a dudas, con una significación local de 4,1 sigmas
(aunque en el rango completo entre 110 y 150 GeV se reduce a solo 3,2
sigmas) se ha observado un bosón escalar neutro con una masa de unos 125
GeV. Se ha observado un Higgs (lo que no significa que sea El Higgs
predicho por el Modelo Estándar).
En
el canal difotónico se han clasificado los eventos en varios tipos
diferentes (Untagged 0, 1, 2, 3 y Di-jets). Esta figura muestra el
ajuste de los datos con las predicciones del modelo estándar, realmente
muy bueno (mejor de lo que se había observado en diciembre de 2011). El
resultado es que la tasa de desintegración (sección eficaz) para este
canal es poco mayor pero compatible con la predicha por el modelo
estándar, en concreto σ/σ
SM = 1,56 ± 0,43 × SM. Este
resultado indica que es muy probable que el bosón observado sea un
Higgs, aunque para asegurar que sea el predicho por el modelo estándar
hay que estudiar cómo se desintegra en otros canales.
El otro canal estrella para la búsqueda del Higgs, por su limpieza es
la desintegración H→ZZ→4 leptones (e,μ). En este caso os muestro un
evento de la desintegración de un (candidato al) Higgs en dos muones y
dos electrones observado el 28 de mayo en CMS. Podéis ver claramente la
limpieza de este evento y lo bien que se reconstruyen tanto la energía
como las trayectorias de los muones y de los electrones en CMS.
Esta figura muestra claramente una señal de un Higgs con una masa de
126 GeV (el pico en rojo es la predicción teórica para un Higgs y los
puntos negros están claramente por encima de la parte azul
correspondiente a la ausencia del Higgs). Esta señal es muy limpia
aunque estamos hablando de muy poquitos eventos, pero muy poquitos
eventos (4+3+2 = 9 eventos, sobre un fondo esperado de 1+1+1 = 3). En
diciembre de 2012 estaremos hablando de como mínimo el doble de eventos.
Creo que es importante resaltar esto a la hora de sacar conclusiones de
este canal de desintegración. La significación estadística para este
canal de desintegración es de 3,2 sigmas para la observación de un Higgs
con una masa de 125,5 GeV. Puede parecer poco, pero hay que combinarlo
con el canal difotónico.
Esta figura es una de las más espectaculares
que hemos observado esta mañana y provocó un clamoroso aplauso en toda
la sala. De hecho, en el webcast de esta mañana la pusieron tan poco
tiempo (para filmar a la gente aplaudiendo y al conferenciante muy
contento) que casi no me dio tiempo a leer el resultado y tuve que
preguntar a Mario y a Javier que me aseguraron, como en los buenos
partidos de fútbol que fue gol, un golazo. La significación estadística
del canal difotónico (4,1 sigmas) combinada con la del canal ZZ->4l
(3,2 sigmas) resulta en… tatachín, tatachán, cinco sigmas, 5 σ, de
significación estadística para un bosón de Higgs (esto es algo mayor de
lo esperado, que eran solo 4,7 sigmas).
Un resultado espectacular. La verdad es que
esta figura merecía el clamoroso aplauso y no me resisto a poner aquí
este trocito de transparencia. El canal WW da una señal mucho menos
clara, pero que también apunta a un Higgs con la misma masa, con lo que
la confianza estadística final de CMS sube un pelín más hasta 5,1
sigmas.
Pero todo no puede ser perfecto. El canal
H->tau tau muestra un claro déficit respecto a las expectativas para
un bosón de Higgs con 125 GeV, como muestra esta figura. La curva negra
continua pasa por la curva roja (no existencia del Higgs) alejada a casi
2 sigmas de la curva negra a trazos discontinuos (existencia del
Higgs). Obviamente, la curva negra está por encima de la unidad, luego
este canal aún no es lo suficientemente sensible como para excluir un
Higgs. Habrá que estar muy atentos a la evolución de este canal, el gran
disidente.
Tras considerar este último canal con todos
los demás, la confianza estadística baja a 4,9 sigmas, lo que es
prácticamente lo mismo que 5,0 sigmas y por tanto podemos proclamar el
descubrimiento de un Higgs. Sin embargo, el canal disidente está ahí y
desde la dirección del CERN se ha tomado la decisión de afirmar que aún
no podemos asegurar con rotundidad que se trata del Higgs del Modelo
Estándar. Todos los demás canales estudiados (muy poquitos, por cierto),
indican que sí se trata de la ansiada partícula y solo el canal con
mayor incertidumbre apunta en contra, pero así es la dirección del CERN.
Ya sabéis que “se acepta pulpo como animal de compañía.”
¿Cuál es la masa del bosón de Higgs según
CMS? Esta figura muestra el mejor ajuste combinado a todos los canales,
que conduce a una masa de 125,3 ± 0,6 GeV (que coincide bastante bien
con el valor obtenido por Philip Gibbs de forma oficiosa 125,5 GeV).
¿Se trata del bosón de Higgs del Modelo
Estándar? Todavía es pronto para poderlo asegurar de forma rotunda y la
cociente σ/σSM = 0,80 ± 0,22, que es compatible con la hipótesis de que
sea igual a la unidad. Realmente debemos recordar que los canales menos
sensibles son los que difieren más con respecto al Higgs del Modelo
Estándar, como muestra la siguiente figura.
El canal H→ττ (VBF tag) y H→WW (VH tag) son los que marcan las
mayores diferencias respecto a la predicción del Modelo Estándar,
estando muy bien ajustado a sus predicciones el canal H→ZZ. Por todo
ello, en mi modesta opinión, se ha descubierto el Higgs predicho hasta
que no se demuestre lo contrario. A muchos nos gustaría ver un primo del
Higgs en lugar de El Higgs, pero por ahora es lo que tenemos.
Mañana os comentaré los resultados de ATLAS. Lo siento pero lo tengo que dejar aquí por ahora…
No hay comentarios:
Publicar un comentario