Observado el primer quark top en Europa (en el experimento ATLAS del LHC en el CERN)

El primer par de quarks top-antitop observado en Europa en ATLAS el 24 de mayo de 2010. (C) CERN.

El primer par de quarks top-antitop (tt) ha sido observado en el experimento ATLAS del LHC del CERN en una búsqueda que ha utilizado 280/nb (inversos de nanobarn) de colisiones. Hay varios eventos candidatos que serán presentados mañana viernes en el congreso ICHEP 2010 en París en una charla técnica que anticipará su anuncio oficial el próximo lunes en una charla plenaria en dicho congreso. Los datos analizados deberían presentar, en teoría, 14 eventos tipo par top-antitop que se han desintegrado en leptones (e o μ) y chorros (jets) de partículas (se han observado 7 de ellos) y 3 eventos que se han desintegrado en pares de leptones (ee y eμ), de los que se han observado solo 2. La charla solo presenta “la foto” de tres de estos eventos. Obviamente, estos eventos son todavía eventos candidatos ya que en física de partículas es imposible asumir que un evento, por muy clara que sea la señal, no sea una mera fluctuación estadística, puro ruido de fondo. Solo tras obtener decenas de eventos candidatos se puede asegurar con gran probabilidad que entre ellos se encuentra cierta cantidad de eventos buscados. Aún así, hay que darles la enhorabuena a los físicos del CERN que han logrado observar (tras el análisis de los datos de las colisiones) varios candidatos a quark top en Europa. La imagen que abre esta entrada es un evento candidato a par de quark top-antitop que se ha desintegrado en un par de electrones (pp→tt→ee) y abajo tenéis un evento candidato a desintegración en un electrón y un muón (pp→tt→eμ). Más abajo aún tenéis un tercer evento de tipo pp→tt→e+jet. Todos estos eventos aparecen en la presentación de Arnaud Lucotte (ATLAS Collab.), “Top quark studies with ATLAS,” ICHEP 2010, Salle Maillot, 23-Jul-2010 (mañana a las 12:10 podremos ver en directo su charla vía webcast). Ver también la charla de “First Results from ATLAS on QCD, Quarkonia and Heavy-flavour Physics in p-p collisions at 7 TeV,” ICHEP 2010, Salle Maillot, 23-Jul-2010 [ppt] (mañana también en vídeo), en la que se afirman que los dos primeros eventos a par top-antitop en Europa son los dos siguientes.

Evento candidato a par top-antitop que decae en un electrón y un muón observado el 22 de julio de 2010 en ATLAS. (C) CERN.

Event candidato a par top-antitop que decae en un electrón y un jet observado el 12 de julio de 2010 en ATLAS. (C) CERN

¿Ha observado el otro gran experimento del LHC al quark top? Según parece aún no, al menos con solo los 78/nb (inversos de nanobarn) de colisiones que se han analizado para la charla de Tim Christiansen (CDF Collab.), “Top-Quark Studies at CMS,” ICHEP 2010, 23 July 2010 (que mañana también podremos ver vía webcast). Oficialmente no se ha observado todavía ningún evento candidato a par de quarks top-antitop en CMS con tan pocas colisiones analizadas. Aún así, Tim no se resiste a presentarnos algunos eventos que podrían ser candidatos a par top-antitop, pero el análisis de la colaboración CMS no puede asegurarlo. Aquí os dejo un par de eventos a candidato de tipo pp→tt→e+jet y tipo pp→tt→μμ, que aún sin confirmar seguramente acabarán siendo confirmados en las próximas semanas.

Posible evento candidato: par top-antitop que decae en electrón más jet observado el 18 de julio de 2010 en CMS. (C) CERN

Posible evento candidato: par top-antitop que decae en par de muones observado el 18 de julio de 2010 en CMS. (C) CERN

El LHC del CERN será una fábrica de quark tops el año que viene, pero por ahora la fábrica de tops está en Chicago. Solo el detector CDF del Tevatrón ha observado desde 1995, con 5’6 /fb (inverso de femtobarn) de colisiones, 1263 eventos candidatos a par de quarks top-antitop. Estos eventos han  permitido obtener la mejor estimación de un solo experimento, hasta ahora, para la masa del quark top, en concreto 173’0 ± 0’7 (stat) ± 0’6 (JES) ± 0’9 (syst) GeV/c² = 173’0 ± 1’2 GeV/c², según nos contará mañana Hyunsu Lee (CDF Collab.), “Measurement of the top quark mass and width with CDF detector,” ICHES 2010, 23 Jul 2010. En la misma charla nos contará que la mejor estimación combinada del Tevatrón para la masa del quark top a fecha de julio de 2010 es de 173’3 ±0’6 (stat) ± 0’9 (syst) GeV/c² y que la mejor media mundial (combinando datos de LEP 2 y del Tevatrón Run II) es de 173’3 ± 1’1 GeV/c² (un resultado con un 0’61% de precisión).

Un valor más preciso de la masa del quark top permite, combinado con los datos del difunto LEP 2, estimar la masa del bosón de Higgs. El resultado se resume en la siguiente figura.

Los datos de LEP2 y del Tevatrón combinados apuntan a un Higgs con una masa muy pequeña (cercana a 115 GeV).

PS (24 Julio 2010): Otros también se han hecho eco de esta noticia, como Barbara Warmbein, “Europe reaches the top, err, the top reaches Europe,” Symmetry Breaking, July 23, 2010. “Finding top quarks at the LHC is exciting because the top is the last, and heaviest, particle that the LHC needed to add to its list of ‘rediscoveries’. It is also an important partner in the hunt for all sorts of new physics.” También Jester, “European Tops at Last!,” Resoonances, 23 July 2010. Y por supuesto “Candidate Top Events at 7 TeV Centre-of-Mass Energy,” ATLAS Experiment Public Results, 23 July 2010 (más información técnica en “Search for top pair candidate events in ATLAS at sqrt(s)=7 TeV,” ATLAS-CONF-2010-063, 21 July 2010).

PS (26 Julio 2010): El evento más claro de observación de un par de quarks top-antitop en el LHC del CERN ha sido presentado por Guido Tonelli (CERN/INFN&University of Pisa) en representación del experimento CMS [transparencias pdf 8 Mb, transparencias ppt 32 Mb]: la observación de un par top-antitop que ha decaído en dos muones. Se trata de un canal con muy poco fondo (ruido) y donde la señal es muy clara. Os presento abajo una figura con 3 “visiones” de dicho evento, obtenido el 18 de julio de 2010.

Qué es el congreso ICHEP 2010 de París y por qué nos interesa en este blog

Quizás algunos lectores de este blog se pregunten por qué le estamos dedicando bastantes entradas a los resultados que se van a presentar en la conferencia ICHEP 2010 y los que se han presentado ya (hoy ha sido el primer día y el último será el próximo miércoles). En París se está celebrando la 35ª edición del congreso ICHEP (International Conference on High Energy Physics), una conferencia bianual, que reúne en esta ocasión a más de 1000 físicos en el Palacio de Congresos (Palais de Congrès) de París. El congreso está dividido en dos partes bien diferenciadas. Desde hoy jueves hasta el sábado se celebran las sesiones paralelas, 4 tandas diarias de 6 sesiones paralelas con 5 charlas por sesión; además hay sesiones de pósteres con lo que el total de presentaciones supera las 400. El domingo será día de asueto y los físicos podrán asistir a la llegada del Tour de France a los Champs-Élysées. Entre el lunes y el miércoles próximos se celebrarán las sesiones plenarias; en ellas se presentarán los resultados más importantes y se compendiarán los resultados presentados en las sesiones paralelas. El lunes será el día más interesante para la mayoría de nosotros ya que se presentarán, por un lado, los resultados combinados CDF+DZero del Tevatrón para la búsqueda del Higgs, y por otro, un resumen detallado de los primeros resultados del LHC del CERN. El martes se presentarán resultados sobre colisiones de iones pesados, medidas de precisión de la fuerza electrodébil y la fuerza fuerte, y los resultados de búsquedas de física más allá del modelo estándar. Finalmente, el miércoles será dedicado a la física de los neutrinos, la materia oscura y a discusiones sobre el futuro de la física de partículas para los próximos dos años. Algunas sesiones en paralelo (las de la sala Maillot) y todas las sesiones plenarias serán (y están siendo) retransmitidas vía webcast (vídeo streaming). Además, algunos físicos blogueros participantes en el ICHEP 2010 nos están relatando en primera persona lo que se cuece allí en el Blog del ICHEP.

¿Realmente la conferencia ICHEP 2010 es tan importante? Para los físicos teóricos no. La mayoría de los físicos teóricos publican sus resultados en ArXiv conforme los obtienen y los envían a revistas internacionales y cuando asisten a congresos y conferencias internacionales cuentan un resumen de lo que ya está publicado. Aún así, siempre es interesante poder hacerles preguntas y debatir cuestiones acompañados de un café y unas pastas. Pero para la mayoría de los físicos teóricos este tipo de conferencias tan multitudinarias tienen poco interés.

Entonces, ¿por qué nos interesan este tipo de conferencias? Para los físicos experimentales el asunto es diferente. En los grandes aceleradores de partículas ellos toman datos y los analizan, toman más datos y los analizan, siguen tomando datos y los analizan, una labor continua, sin pausa ni descanso. ¿Cuando se publican los resultados experimentales? Los grandes descubrimientos se publican en ruedas de prensa dictadas por los portavoces de cada experimento. Pero muchos de los pequeños avances (y demás resultados interesantes) se publican en las conferencias internacionales de física de partículas (y luego se envían a revistas). Los físicos experimentales toman datos y los analizan hasta pocas semanas antes de una conferencia. Casi sin dormir y a todo correr preparan la comunicación oficial de los datos que van a presentar en un informe interno. Estos informes internos pasan por muchas manos (cientos de físicos en los grandes experimentos) que los revisan para que transcienda lo que tiene que trascender, pero no más (un tipo de censura interna), y para que los datos que se publiquen se presenten de la mejor manera posible con objeto de recabar el máximo interés posible (la financiación a lo grande vive de la difusión y divulgación de los resultados científicos a lo grande). Pocos días antes de cada conferencia cada colaboración aprueba o rechaza los diferentes resultados que presentarán sus físicos y estos, de nuevo quitando muchas horas de sueño a sus cuerpos serranos, preparan las presentaciones en powerpoint para sus charlas. Estas presentaciones también han de ser aprobadas aunque su marchamo suele ser despachado con urgencia. Ya en la conferencia los físicos experimentales pueden descansar unos días mientras disfrutan de lo que escuchan a sus compañeros, tanto de su colaboración como de otras, contando sus propias aventuras con el análisis de datos.

Más información sobre estos asuntos en Katie Yurkewicz, “Particle physicists collide in Paris,” Symmetry Breaking, July 22, 2010. Katie nos confiesa en “Hunting the Higgs in the Palais de Congres,” Blogging ICHEP 2010, July 22, 2010, que está impaciente y no puede esperar para saber vía webcast los resultados que se presentarán en las sesiones plenarias de las semana próxima. Un físico teórico como Jester nos cuenta la visión de los teóricos en “Expectations for ICHEP,” Blogging ICHEP 2010, July 19, 2010, muy en la línea de lo que yo os he contado aquí. Un físico experimental como Sébastien Descotes-Genon nos cuenta la otra visión en “Time and again. The day before… no, not Christmas, ICHEP,” Blogging ICHEP 2010, July 21, 2010, también en la línea de lo que yo os he contado en esta entrada.

¿Por qué asisten los físicos teóricos a estos congresos? Porque la la física teórica de altas energías se ha convertido en un campo tan diverso que las personas que trabajan en diferentes áreas, aun cuando exploran la misma física (por ejemplo, las teorías gauge), utilizando métodos diferentes (por ejemplo, simulaciones en redes frente a desarrollos perturbativos), es como si habaran en idiomas diferentes y no se entienden entre ellos. Para la mayoría de los teóricos es muy difícil entender lo que dicen los demás. Aún así, es importante para un físico teórico saber en qué están avanzando los demás con los otros enfoques y más aún es importante adquirir la sensación de humildad que nos aporta el reconocer que uno es el mayor experto del mundo en nada y no entienden casi nada de lo que cuentan los demás expertos en nada. Como nos lo recuerda Georg V. Hippel tras haber asistido a la primera sesión de charlas de hoy en “First day, first session — Beyond QFT,” Blogging ICHEP 2010, July 22, 2010. Georg también nos cuenta su opinión sobre la segunda sesión, mucho más experimental, en “Day one, session two — Heavy Quarks,” July 22, 2010; salta a la vista la diferencia en sus comentarios al respecto. Por cierto, nos indica que Bryan Fulsom ha presentado cierta evidencia en el experimento BaBar a casi 3σ de significación sobre nueva física asocida al bottonium, pero también recuerda que los cálculos teóricos con los que se han comparado los experimentos todavía son muy imprecisos y seguramente la diferencia desaparecerá en análisis futuros.

Lo que nos espera hoy en el ICHEP2010 en París en relación a la búsqueda del bosón de Higgs

El congreso más importante del mundo de física de partículas elementales se celebra cada dos años y se llama ICHEP. La edición 35 del ICHEP se inicia hoy en París. Se espera que además de los primeros resultados del LHC también se presenten los últimos datos actualizados de las búsquedas del bosón de Higgs en el Tevatrón y otras señales de física más allá del modelo estándar. Hoy habrá que estar al loro con lo que nos cuenten hoy en las siguientes charlas (búsquedas del Higgs hasta 6’8/fb en DZero y más de 5/fb en CDF):

  • Yoshikazu NAGAI, CDF_COLLABORATION, Tvatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Standard Model low mass Higgs search at CDF,” 22-Jul-2010 16:40. “We have searched for the Standard Model Higgs boson in the low mass region using CDF detector at the Tevatron. Results with over 5 fb-1 of integrated luminosity will be presented.”
  • Yuji ENARI, DZERO_COLLABORATION, Tevatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Standard Model low mass Higgs search at DZero,” 22-Jul-2010 17:00. “We have searched for the Standard Model Higgs boson in the low mass region using DZero detector at the Tevatron. Results with over 6 fb-1 of integrated luminosity will be presented.”
  • Donatella LUCCHESI, CDF_COLLABORATION, Tevatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Standard Model high mass Higgs search at CDF,” 22-Jul-2010 17:20. “We have searched for the Standard Model Higgs boson in the high mass region using CDF detector at the Tevatron. Results with over 5 fb-1 of integrated luminosity will be presented.”
  • Boris TUCHMING, DZERO_COLLABORATION, Tevatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Standard Model high mass Higgs search at DZero,” 22-Jul-2010 17:40. “We have searched for the Standard Model Higgs boson in the high mass region using DZero detector at the Tevatron. Results with up to 7 fb-1 of integrated luminosity will be presented.”

También son prometedoras algunas charlas de mañana (que incluyen búsquedas del Higgs conjuntas en DZero y CDF):

  • Krisztian PETERS, CDF_AND_DZERO_COLLABORATIONS, Tevatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Search for Standard Model Higgs boson in gamma gamma final state at the Tevatron,” 23-Jul-2010 14:25. “We present a search for Higgs bosons decaying to the di-photon final state using 5 fb-1 of data at a center-of-mass energy of sqrt(s)=1.96~TeV at the Fermilab Tevatron collider. This decay channel will be of major importance in the light mass Standard Model Higgs search at the LHC.”
  • Pierluigi TOTARO, CDF_AND_DZERO_COLLABORATIONS, Tevatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Search for Standard Model Higgs boson in di-tau final state at the Tevatron,” 23-Jul-2010 14:45. “We present a search for a Standard Model Higgs boson in events with a final state containing two taus and two jets at a center-of-mass energy of sqrt(s)=1.96 TeV at the Fermilab Tevatron collider. Inclusion of the data set up to 5.4 fb-1, and recent improvements to the sensitivity will be discussed.
  • Abid PATWA, CDF_AND_DZERO_COLLABORATIONS, Tevatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Beyond Standard Model Higgs bosons searches at the Tevatron,” 23-Jul-2010 15:05. “We present a search for non-Standard Model Higgs bosons at a center-of-mass energy of sqrt(s)=1.96 TeV using up to 6 fb-1 of Tevatron data. Searches for charged and neutral Higgs bosons predicted in MSSM and NMSSM models will be discussed.”
  • Martin GOEBEL (DESY – Uni Hamburg) et al. “Status of the global fit to electroweak precisions data, and constraints on the Higgs boson,” 23-Jul-2010 16:15. “Gfitter results from the global Standard Model (SM) fit to electroweak precision data, including newest Tevatron measurements, are reviewed and discussed. Constraints on the Higgs and top-quark masses, as well as on alpha_s(M_Z), are studied in some detail, and outlooks to the LHC and ILC eras are presented. Information from the electroweak fit on loop contributions from beyond-SM models is obtained through an analysis of the so-called oblique parameters.”
  • Michael MULHEARN, DZERO_COLLABORATION, Tevatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Combination of Standard Model and beyond Standard model Higgs searches at DZero,” 23-Jul-2010 16:35. “A combination of searches for Standard Model and beyond Standard Model Higgs boson production at DZero using a data sample up to 7 fb-1 of integrated luminosity is performed. For Standard Model searches we determine combined upper 95% C.L. limits on the ratio of the Higgs boson cross section times the branching ratio to its Standard Model prediction for Higgs boson masses between 100 and 200 GeV/c2.”
  • Karolos POTAMIANOS, CDF_COLLABORATION, Tevatron (Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL)), “Combination of Standard Model and beyond Standard model Higgs searches at CDF,” 23-Jul-2010 16:57. “A combination of searches for Standard Model and beyond Standard Model Higgs boson production at CDF using a data sample up to 6.0 fb-1 of integrated luminosity is performed. For Standard Model searches we determine combined upper 95% C.L. limits on the ratio of the Higgs boson cross section times the branching ratio to its Standard Model prediction for Higgs boson masses between 100 and 200 GeV/c2.”

Colisión protón-protón en el LHC. (C) A. Kusina.