Tevatron presento sus últimos resultados sobre el bosón de Higgs

Después de analizar los datos completos del acelerador Tevatron e incluir mejoras a los análisis, la más reciente combinación de resultados de los experimentos CDF y DZero del laboratorio Fermilab, situado cerca de Chicago (EE.UU.), representa un nuevo paso adelante en la búsqueda del bosón de Higgs. Los físicos de las colaboraciones CDF y DZero han encontrado excesos en sus datos que pueden ser interpretados como procedentes de un bosón de Higgs con una masa en la región de 115 a 135 GeV (gigaelectronvoltios, más de 100 veces la masa del protón).

El nuevo resultado tiene una probabilidad de ser debido a una fluctuación estadística al nivel de significación de 2,5 sigma. Este anuncio se realizó el lunes 2 de julio en un seminario en Fermilab, dos días antes de la presentación de los resultados sobre el bosón de Higgs por parte de los experimentos ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN).

Los experimentos del Tevatron y el LHC ofrecen una estrategia de búsqueda complementaria para el bosón de Higgs. Debido a que los dos aceleradores hacen colisionar diferentes pares de partículas y a energías diferentes, produciendo diferentes tipos de fondos, las estrategias de búsqueda son diferentes.

En el Tevatron, el método más poderoso es la búsqueda de un bosón de Higgs que se desintegra en un par de quarks “bottom”, si la masa del bosón de Higgs es de aproximadamente 115 a 130 GeV. Por otro lado, en el LHC las búsquedas más sensibles son aquellas en las que el bosón de Higgs se desintegra en un par de fotones, o en una pareja de bosones Z, cada uno de los cuales se desintegra a su vez en una pareja de electrones o muones.

Datos combinados a 2,9 sigma

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La combinación de búsquedas en los experimentos CDF y DZero exclusivamente en el modo de desintegración en un par de quarks “bottom”, el cual el Tevatron lidera por el momento, presenta un mayor nivel de significación, alcanzando 2,9 sigma, que equivale a un margen de error de tan sólo 1 en 550. Aunque sugerente, se requiere un margen de error mucho menor, de al menos 5 sigma, para poder calificar el resultado como descubrimiento.

 

 

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“Esto es muy improbable que pueda occurrir en el Tevatron, que dejó de tomar datos en septiembre de 2011, aunque esperamos poder seguir mejorando los análisis durante los próximos meses”, afirmó Aurelio Juste, profesor de investigación ICREA en el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) en Barcelona. Juste lidera el grupo sobre la búsqueda del bosón de Higgs en DZero que, junto con el del experimento CDF, han producido este resultado.

Participación española

El IFAE es un consorcio de la Generalitat y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), y cuenta con profesores de investigación de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA). Varios de sus miembros forman parte del experimento CDF desde 2003, donde han jugado un papel importante en las operaciones del detector. Desde 2011, el IFAE también participa en el experimento DZero. Varios miembros del IFAE han tenido importantes papeles en la coordinación de los análisis de física en ambos experimentos.

En concreto, este grupo ha jugado un papel central en el estudio de jets (chorros de partículas producidos en las colisiones), la búsqueda de partículas supersimétricas, la producción de quark top y sus propiedades y la búsqueda del bosón de Higgs. Actualmente, la mayor parte del esfuerzo en el IFAE se concentra en el experimento ATLAS en el LHC.

En el experimento CDF también participa el CIEMAT desde 2006, donde varios de sus miembros también han tenido una contribución fundamental a las búsquedas del bosón de Higgs con el mantenimiento del detector de silicio, que es la parte fundamental de la identificación de los jets producidos a partir de los quarks "bottom" que surgen en la desintegración del Higgs.

Además, varios miembros han participado directamente en el análisis en el que este bosón se produce en asociación con un bosón Z que posteriormente se desintegra en neutrinos que no son detectados, que es uno de los resultados más sensibles a la presencia del bosón de Higgs. La participación directa de miembros del CIEMAT en este análisis ha sido continuada desde 2004 hasta el resultado presentado esta semana.

Por su parte, el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria) es miembro de la colaboración CDF desde 1999 y forma parte, junto con la Universidad de Oviedo (UO), del grupode búsqueda del bosón de Higgs en el canal de producción asociado con un bosón W, que es el más sensible de los analizados. Previamente participó en el descubrimiento de la producción del denominado quark single-top. El análisis de estos sucesos sirvió para preparar toda la mecánica de estudio de la producción del Higgs, ya que son procesos muy parecidos en los estadosfinales que se observan.

El IFCA ha participado en la física del quark b, y participó en el descubrimiento de las oscilaciones de losmesones Bs. Según indica Alberto Ruiz, representante del grupo en la Collaboration Board de CDF, medir las propiedades del bosón de Higgs requerirá mucho tiempo y esfuerzo, tanto de los aceleradores hadrónicos (LHC y Tevatron), como posiblemente de un futuro colisionador electrón-positrón lineal, ahora en proyecto. “Los resultados del Tevatron complementan a los del LHC, centrando la atención en la masa del Higgs revelada por el LHC”.

http://www.fpa.csic.es

Enlaces:

 

Figures: Background-subtracted b-tagged mjj distributions showing the expected diboson signal and a SM Higgs boson signal with mH=120 GeV

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Fuente imagenes información etc http://tevnphwg.fnal.gov/results/SM_Higgs_Summer_12/

¿Qué es el bosón de Higgs?

El bosón de Higgs es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa de las partículas elementales.

Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como la conocemos, por lo que tampoco habría química, ni biología ni existiríamos nosotros mismos.

Para explicar por qué unas partículas tienen masa y otras no, varios físicos, entre ellos el británico Peter Higgs postuló en los años 60 del siglo XX un mecanismo que se conoce como el "campo de Higgs". Al igual que el fotón es el componente fundamental de la luz, el campo de Higgs requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman "bosón de Higgs". Ésta es la última pieza que falta para completar el Modelo Estándar de Física de Partículas, que describe todo lo que sabemos de las partículas elementales que forman todo lo que vemos y cómo interaccionan entre ellas.

Un campo que permea el espacio

El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por una "fricción" con el campo de Higgs, por lo que las partículas que tienen una mayor fricción con este campo tienen una masa mayor.

Se llama 'bosón' porque este es el nombre de las partículas que portan fuerzas o interacciones, como lo son el fotón (fuerza electromagnética), el gluón (fuerza nuclear fuerte) y los bosones W y Z (fuerza nuclear débil). El otro tipo de partículas subatómicas se llama fermión, que son las que componen la materia que vemos (electrones, protones y neutrones).

La confirmación o refutación de la existencia del bosón de Higgs es uno de los objetivos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo que opera la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en la frontera franco?suiza, cerca de Ginebra (Suiza).

El bosón de Higgs no se puede detectar directamente, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más habituales. Lo que se pueden ver son sus "huellas", esas otras partículas que sí podrán ser detectadas en el LHC.

Historia de una búsqueda

La búsqueda del bosón de Higgs se inició hace décadas en aceleradores de partículas como el LEP del CERN o Tevatron de FERMILAB (Estados Unidos), ambos ya cerrados. Debido a que la teoría no establece la masa del bosón de Higgs sino un amplio rango de valores posibles, se requieren aceleradores muy potentes para explorar este nuevo territorio de la Física. El LHC es la culminación de una "escalada energética" dirigida a descubrir el bosón de Higgs en los aceleradores de partículas, que ha permitido hasta el momento excluir que tenga una masa menor a la equivalente a unas 115 veces la del protón.

Los últimos resultados obtenidos en el LHC y presentados en diciembre de 2011, mostraron que el rango de masas más probable está entre los 116 y los 130 GeV (gigaelectronvoltios), según el experimento ATLAS, y entre 115 y 127 GeV, según el experimento CMS. Lo más interesante es que los dos grandes experimentos del LHC, que fueron diseñados entre otras cosas para detectar el bosón de Higgs predicho en el Modelo Estandar, vieron indicios de su presencia en la región comprendida entre los 124 y los 126 GeV.

Sin embargo, estos datos aún no se podían considerar un descubrimiento, ya que no tenían la suficiente significación estadística como para ser considerados firmes. Esta significación estadística, que los físicos miden en "desviaciones estándar" o sigma, depende de la cantidad de datos acumulada: cuanto mayor sea este número, que se mide en una unidad llamada "femtobarn inverso", mayor es la probabilidad de que una medida en Física de Partículas sea considerada un auténtico descubrimiento. Sólo se puede considerar que se ha observado algo 'nuevo' cuanto la significación estadítica es de 5 sigma o más, el equivalente a sacar 20 veces consecutivas 'cara' en una moneda (o tener menos del 0,00006% de probabilidades de que la observación sea producto de una fluctuación estadística).

El bosón de Higgs, supongo...

Este momento tan esperado llegó el 4 de julio de 2012, cuando las colaboraciones ATLAS y CMS presentaron nuevos resultados sobre la búsqueda del bosón de Higgs en el LHC con datos obtenidos en 2011 y 2012 como antesala de la gran conferencia de Física de Partículas ICHEP2012. En un seminario celebrado el la sede del CERN de Ginebra, ante una sala abarrotada y la expectación de la comunidad científica internacional, los portavoces de ambos experimentos, Fabiola Gianotti (ATLAS) y Joe Incandela (CMS) mostraron por separado resultados que muestran la observación de una nueva partícula en el rango de masas entre 125 y 126 GeV (gigaelectronvoltios), unas 134 veces la masa de un protón.

Esta nueva partícula sería un bosón, el más pesado observado hasta la fecha. Sin embargo, estos resultados todavía son preliminares, por lo que no se puede afirmar que estamos ante el bosón de Higgs descrito por el Modelo Estándar o una versión más 'exótica', que abriría la puerta a la comprensión de otras preguntas fundamentales de la Física como la naturaleza de la materia y energías oscuras, que componen el 96% del Universo.

La identificación de las características de esta nueva partícula requerirá una considerable cantidad de tiempo y datos. Pero cualquiera que sea la forma que tome la partícula de Higgs, nuestro conocimiento de la estructura fundamental de la materia está a punto de dar un gran paso adelante.

http://www.i-cpan.es

nformación relacionada

¿Cómo y para qué descubrir la partícula de Higgs?, Artículo ganador del accésit del II Concurso de Divulgación del CPAN

Guía de preguntas y respuestas sobre el bosón de Higgs, julio 2012

 

 

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