Los últimos análisis de ATLAS y CMS sobre la búsqueda del Higgs en el LHC, listos para su publicación


 


 

Los análisis sobre la búsqueda del bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar de Física de Partículas, presentados por los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) el pasado mes de diciembre, han sido enviados hoy para su publicación a la revista Physics Letters B. Tras realizar más análisis, la significación estadística de los resultados permanece cercana a la presentada en aquel seminario, remarcando la conclusión de que el bosón de Higgs del Modelo Estándar, si existe, es probable que tenga una masa entre los 116 y 131 GeV (gigaelectronvoltios), según el experimento ATLAS, y los 115-127 GeV, según CMS. Indicios “prometedores” han sido observados por ambos experimentos entre los 124 y 126 GeV, aunque no son lo suficientemente robustos como para ser considerados un descubrimiento.

“Nuestros análisis sobre el bosón de Higgs del Modelo Estándar con los datos obtenidos hasta ahora por el LHC nos dejan en una posición muy estimulante de cara a 2012”, dijo el director de Investigación del CERN, Sergio Bertolucci. “Con los datos obtenidos este año, seremos capaces de confirmar o descartar definitivamente el bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar”.

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El Modelo Estándar de Física de Partículas es la teoría que describe el comportamiento de las partículas fundamentales y las fuerzas que interactúan entre ellas. Describe la materia ordinaria de la que estamos hechos nosotros y todo lo que vemos en el Universo. Sin embargo, el Modelo Estándar no describe el 96% del Universo, que es invisible. Uno de los principales objetivos del programa de investigación del LHC es buscar física más allá del Modelo Estándar, para lo cual el bosón de Higgs podría ser la llave.

La existencia del bosón de Higgs tal y como lo predice el Modelo Estándar confirmaría esta teoría, propuesta en los años sesenta del pasado siglo, pero hay otros modelos del bosón de Higgs relacionados con teorías que van más allá del Modelo Estándar. Incluso un bosón de Higgs como el propuesto por el Modelo Estándar podría señalar el camino a nueva física a través de sutilezas en su comportamiento que surgirían después de estudiar un gran número de desintegraciones de la partícula de Higgs.

Un bosón de Higgs distinto al del Modelo Estándar, actualmente fuera del alcance de los experimentos del LHC con los datos obtenidos hasta ahora, abriría inmediatamente la puerta a nueva física, considerando que la ausencia de un bosón de Higgs del Modelo Estándar señalaría enérgicamente la presencia de nueva física en la energía para la que está diseñado el LHC, 14 TeV (teraelectronvoltios), que está previsto se alcance después de 2014. Tanto si ATLAS y CMS muestran en los próximos meses que el bosón de Higgs del Modelo Estándar existe o no, el programa LHC está abriendo el camino a nueva física.

Higgs seminar

Jerome Friedman Physics Nobel Laureate 1990 answers the question Higgs or No Higgs.

PARTICIPACIÓN ESPAÑOLA

Desde la puesta en marcha del detector ATLAS, donde participan 3.000 científicos de 174 instituciones procedentes de 38 países, investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València; el Institut de Fisica d'Altes Energies (IFAE), consorcio entre la Generalitat de Catalunya y la Universitat Autònoma de Barcelona; el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CNM?IMB?CSIC); y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), participan activamente en la operación y mantenimiento de los detectores, con una fuerte presencia en las actividades de alineamiento y calibración.

Dentro del amplio programa de investigación del LHC, los grupos españoles en ATLAS participan en  un gran número de líneas de investigación en el análisis de los datos, que cubren muchos de los temas a priori más interesantes del programa del LHC. En particular, en el caso de la búsqueda del bosón de Higgs del Modelo Estándar, los grupos han estudiado diferentes estados finales resultado de la desintegración de la partícula de Higgs en dos fotones, dos leptones taus, y dos bosones Z o W.

Por su parte, en CMS, donde participan 3.000 científicos de 172 institutos en 40 países, están presentes grupos experimentales del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), centro mixto CSIC-Universidad de Cantabria; la Universidad de Oviedo; el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), que participan en la búsqueda del bosón de Higgs. Destaca la relevante participación de los investigadores de la Universidad de Oviedo y del IFCA en el análisis del canal de desintegración del bosón de Higgs en bosones WW, y de los investigadores del CIEMAT y la UAM en el canal de desintegración en bosones ZZ, ambos muy relevantes en esta búsqueda y que han sido claves para excluir que su masa se encuentre entre 127 y 600 GeV.

La participación de los grupos de investigación españoles en el LHC cuenta con el apoyo del Programa Nacional de Física de Partículas y del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010 cuyos principales objetivos son la promoción y coordinación científica de la participación española en proyectos internacionales, el desarrollo de actividades comunes de I+D y la formación e incorporación a los grupos de nuevos investigadores y técnicos. El CPAN pretende consolidar estas actuaciones mediante la constitución de un centro en red de carácter permanente, análogo a los existentes en otros países de nuestro entorno.

http://www.fpa.csic.es

http://www.i-cpan.es

Enlaces:

 

Caption for Figure A
The Standard Model does not predict the mass of the Higgs boson, but does predict the production cross section once the mass is known. The "cross section" is the likelihood of a collision event of a particular type.
ATLAS uses plots like this one to seek hints for the Higgs boson and also to exclude regions of mass where the Higgs is very unlikely to be found. This example is not real data, but is a simplified plot to show how we interpret the results of our searches for the Higgs boson. The vertical axis shows, as a function of the Higgs mass, the Higgs boson production cross-section that we exclude, divided by the expected cross section for Higgs production in the Standard Model at that mass. This is indicated by the solid black line.

This shows a 95% confidence level, which in effect means the certainty that a Higgs particle with the given mass does not exist. The dotted black line shows the median (average) expected limit in the absence of a Higgs. The green and yellow bands indicate the corresponding 68% and 95% certainty of those values.

If the solid black line dips below the value of 1.0 as indicated by the red line, then we see from our data that the Higgs boson is not produced with the expected cross section for that mass. This means that those values of a possible Higgs mass are excluded with a 95% certainty. In this example, two regions would be ruled out at 95% certainty: approximately 135-225 GeV and 290-490 GeV.

If the solid black line is above 1.0 and also somewhat above the dotted black line (an excess), then there might be a hint that the Higgs exists with a mass at that value. If the solid black line is at the upper edge of the yellow band, then there may be 95% certainty that this is above the expectations. It could be a hint for a Higgs boson of that mass, or it could be a sign of background processes or of systematic errors that are not well understood. In this example, there is an excess and the solid black line is above 1.0 between about 225 and 290 GeV, but the excess has not reached a statistically significant level.

The red-gray shaded regions show what is excluded. The "bump" near a mass of 250 GeV could be a slight hint of a Higgs boson in this fictional example.

Caption for Figure B
This plot shows hypothetical data and expectations that could be used in setting the limits shown in Figure A.
The green curve shows (fictional) predicted results if there were a Higgs boson in addition to all the usual backgrounds. It could also represent the predictions of some other new physics. The dashed black curve shows what is expected from all background processes without a Higgs or some new physics. The black points show the hypothetical data.

In this case, the data points are too low to explain the Higgs boson hypothesis (or whatever new physics the green curve represents), so we can rule out that hypothesis.

Nonetheless the data points are higher than the expectations for the background processes. This could yield an excess such as shown on the left in Figure A. There are three possible explanations for this excess:

1.It is a statistical fluctuation above the expected background processes.
2.It is a systematic problem due to an imperfect understanding of the background processes.
3.The excess is due to some different new physics (than that hypothesized) that would predict a smaller excess.
If instead, the black points lay close to the green curve, that could be evidence for the discovery of the Higgs boson (if it were statistically significant).

If the black points lay on or below the dashed black curve (the expected background), then there is no evidence for a Higgs boson and depending on the statistical significance, the Higgs boson might be ruled out at the corresponding mass.

Credit http://www.atlas.ch

CERN Higss 2011

Higgs search status. In a seminar held at CERN today, the ATLAS and CMS experiments presented the status of their searches for the Standard Model Higgs boson. Their results are based on the analysis of considerably more data than those presented at the summer conferences, sufficient to make significant progress in the search for the Higgs boson, but not enough to make any conclusive statement on the existence or non-existence of the elusive Higgs. The main conclusion is that the Standard Model Higgs boson, if it exists, is most likely to have a mass constrained to the range 116-130 GeV by the ATLAS experiment, and 115-127 GeV by CMS. Tantalising hints have been seen by both experiments in this mass region, but these are not yet strong enough to claim a discovery.

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