La masa del bosón de Higgs según las medidas de precisión del modelo estándar (Gfitter)

Las medidas de precisión de los parámetros del modelo estándar predijeron la masa del quark top antes de que fuera descubierto (el valor predicho en 1992 era muy similar al actual). Las últimas medidas de precisión publicadas por el grupo Gfitter predicen que la masa del bosón de Higgs está en el intervalo [115, 138] GeV/c² al 68% C.L. (o 2σ) y en el intervalo [114, 155] GeV/c² al 95% C.L. (o 3σ). El grupo Gfitter ha actualizado sus predicciones gracias a las nuevas medidas de la masa del quark top, de los bosones vectoriales W y Z, y de los límites de exclusión de masa para el Higgs publicados por el Tevatrón este verano. El grupo Gfitter publica cada año un nuevo ajuste de todos los (23) parámetros del modelo estándar (salvo los (9) relativos a los neutrinos masivos). Gfitter (Generic Fitter) es un software orientado a objetos escrito en C++ que realiza un ajuste de los parámetros del modelo estándar (software GSM) a partir de los valores de ciertos parámetros observados en los experimentos (LEP, Tevatrón y, en un futuro, LHC). También hay un software para ajustar el modelo estándar con dos bosones de Higgs (cargados), llamado G2HDM, para ajustar los llamados parámetros oblicuos y la física más allá del modelo estándar, llamado GBSM, y está en preparación uno para el modelo supersimétrico mínimo (GSUSY). El último ajuste no se pudo acabar a tiempo para el ICHEP en julio de 2010, por lo que en varios blogs no se pudo presentar el resultado que abre esta entrada (por ejemplo en Tommaso Dorigo, “Global Electroweak Fits, Summer 2010,” A Quantum Diaries Survivor, August 1st, 2010). La figura que abre esta entrada la vi por primera vez en la conferencia SUSY 2010, Bonn, en las charlas de Dörthe Ludwig (for the Gfitter group), “The Global Electroweak Fit and Constraints on New Physics with Gfitter,” SUSY 2010, August, 23rd 2010, y de John Ellis, “Prospects for Supersymmetry in the LHC Era,” SUSY 2010, August, 28th 2010. Ahora lo más fácil es descargarla directamente de la página web de GSM (Gfitter SM) donde aparece con fecha de 10 de julio (aunque en dicha fecha todavía no estaba publicada). En dicha página web podéis todas las figuras (unas 15) sobre ajustes de parámetros del modelo estándar disponibles.

La predicción para la masa del Higgs obtenida por Gfitter (SM) incluyendo las búsquedas directas del Higgs (LEP y Tevatrón) es 120’6 GeV/c² (+17’0) (–5’2), es decir, el intervalo [115’4, 137’6] GeV/c², con un intervalo de confianza al 68% C.L. Sin tener en cuenta las búsquedas directas, pero teniendo en cuenta el resto de datos disponibles, Gfitter (SM) predice una masa para el Higgs en el intervalo [42, 159] GeV/c², con un valor más probable de 80 GeV/c², un valor muy bajo que fue excluido por LEP II. La figura de arriba muestra la relación entre la masa del bosón de Higgs y la masa del quark top según el modelo estándar. Las tres regiones sombreadas en azul corresponden a las regiones permitidas con un nivel de confianza del 68 % C.L. (a una sigma), del 95 % C.L. (a dos sigma) y del 99% C.L. (a tres sigma). Los tres elipsoides morados corresponden a las regiones permitidas teniendo en cuenta la incertidumbre en la masa del quark top, pero sin tener en cuenta las búsquedas directas del Higgs. Finalmente, los elipsoides “deformados” en verde corresponden a las regiones permitidas teniendo en cuenta todas las búsquedas directas del bosón de Higgs (tanto en el LEP, límite de exclusión en gris a la izquierda, como en el Tevatrón, banda gris central). Esta figura y la que abre esta entrada muestran que las estimaciones teóricas de Gfitter apuntan a un bosón de Higgs de baja masa, cercano a la “barrera” de exclusión obtenida gracias a LEP II.

Por cierto, ¿qué es un ajuste (fit) de los parámetros del modelo estándar? Un análisis estadístico de los valores que tienen que tener sus 23 parámetros para que concuerden mejor con los resultados medidos en los experimentos. Ajustar bien los parámetros del modelo estándar no es fácil, porque son muchos. Os recuerdo la frase de John von Neumann “Con cuatro parámetros puedo ajustar un elefante, y con cinco hacer que mueva la trompa” (Cómo dibujar un elefante con solo cuatro números complejos). ¿Qué parámetros del modelo estándar ajusta el grujpo Gfitter? Los llamados parámetros globales electrodébiles, que son unos parámetros “libres” que aparecen en muchos cálculos en el modelo estándar (como la masa del quark top (mt), la masa de los bosones W (MW) y Z (MZ), etc.). Ver la figura de abajo.  Son parámetros “libres” porque el modelo estándar no predice su valor y su valor ha de ser determinado gracias a los grandes aceleradores de partículas. Muchos de estos parámetros son muy técnicos y no entraré en más detalles. En relación a la masa del Higgs, algunos de estos parámetros influyen poco y otros influyen mucho. Se utilizan análisis de sensibilidad para determinar esta influencia.

Un astrónomo profesional español analiza los dos vídeos de astrónomos aficionados que grabaron el impacto de un pequeño meteorito en Júpiter el 10 de junio de 2010

Dos astrónomos aficionados, uno en Australia, el otro en Filipinas, filmaron en vídeo el impacto de un meteorito en Júpiter la noche del 10 de junio de 2010 (noticia en Menéame). Anthony Wesley (Camberra, Australia) observaba Júpiter con su telescopio de 15 pulgadas (37 cm), equipado con un filtro rojo y una webcam cuando capturó el impacto repentino de un meteorito en la superficie de Júpiter. Carlos Go, a 5000 kilómetros de distancia, en Filipinas, filmó dicho evento con un telescopio de 11 pulgadas (28 cm) equipado con un filtro azul y otra webcam. El astrónomo español Ricardo Hueso (Universidad del País Vasco) y sus colegas han realizado un análisis de las imágenes de ambos vídeos que indica que el objeto que impactó en Júpiter era pequeño: no más de 13 metros de diámetro y con un peso de menos de 2.000 toneladas. Cuando la noticia del impacto se difundió por los medios, los astrónomos profesionales utilizaron los telescopios más grandes del mundo para observar el impacto (Keck en Hawai, VLT en Chile, incluso el telescopio espacial Hubble), pero ninguno observó nada. Ninguna señal espectroscópica debida al meteorito. El meteorito era demasiado pequeño para dejar una señal visible (más allá de unos segundos después del impacto). Nos lo cuenta KentuckyFC, “How to Record Videos of Meteor Impacts on Jupiter,” The Physics ArXiv Blog, September 13, 2010, haciéndose eco del artículo técnico de R. Hueso et al., “First Earth-based Detection of a Superbolide on Jupiter,” The Astrophysical Journal Letters, 721: L129, 2010 (gratis en ArXiv, 9 Sep 2010).

Cada día el papel de los astrónomos aficionados es más importantes en la astronomía profesional. Los grandes telescopios no tienen tiempo para grabar lo que sucede en la atmósfera de Júpiter de forma continua. Hasta hace poco los aficionados no podían grabar lo que observaban al telescopio. Los tiempos han cambiado y muchos aficionados se dedican a la astrofotografía digital y utilizan webcams de alta sensibilidad para grabar sus observaciones, cada día más baratas. Los astrónomos aficionados pueden hacer cosas fuera del alcance de los profesionales. Mientras Ricardo Hueso y sus colegas estaban escribiendo el artículo técnico, un astrónomo aficionado japonés grabó otro impacto en Júpiter el 20 de agosto (noticia en Menéame).