El LHC del CERN ya produce más bosones de Higgs por segundo que el Tevatrón del Fermilab

Si el bosón de Higgs (predicho por el modelo estándar) existe y tiene una masa de 120 GeV/c², las colisiones que se han producido en el LHC del CERN este fin de semana han producido más bosones de Higgs por segundo (1’4 veces más) que las colisiones que se están produciendo en el Tevatrón del Fermilab. También está produciendo más pares de quarks top-antitop por segundo (1’87 veces más). Los cálculos no son complicados: en el Tevatrón se produce un par de quarks top-antitop cada 333 segundos de colisiones a luminosidad récord y en e LHC cada 178 segundos, y un bosón de Higgs (120 GeV/c²) en el Tevatrón cada 2778 segundos y uno en el LHC cada 1923 segundos. Los interesados en los cálculos detallados, muy sencillos, pueden recurrir a Tommaso Dorigo, “LHC Surpasses The Tevatron As A Top And Higgs Factory!,” A Quantum Diaries Survivor, September 26th, 2010.

Ayer sábado, con 104 paquetes de protones en el LHC, la luminosidad instantánea alcanzada fue de 3’5 × 10³¹ colisiones por centímetro cuadrado y por segundo, lo que equivale, en 13 horas de funcionamiento a 1’06 inversos de picobarn de colisiones acumuladas. Alcanzar esta luminosidad instantánea en el LHC ha requerido 7 meses, cuando en el Tevatrón requirió dos años (2001-2003). Hoy en día, el Tevatrón es 10 veces más luminoso (el récord en el Tevatrón es de 4 × 10³² colisiones por centímetro cuadrado por segundo). Para calcular el número de partículas pesadas producidas por segundo además de la luminosidad instantánea es necesario conocer la probabilidad de producción de dicha partícula (sección eficaz o cross section), que depende de la energía en el centro de masas (c.m.) de las colisiones. En las colisiones protón-antiprotón en el Tevatrón se alcanzan casi 1’96 TeV c.m., pero en las del LHC se alcanzan los 7 TeV c.m., por lo que la producción de cualquier partícula pesada es más probable en el LHC que en el Tevatrón. La sección eficaz de producción de un par de quarks top-antitop en el Tevatrón a 1.96 TeV c.m. es de 7’5 pb, mientras que en el LHC a 7 TeV c.m. es de unos 160 pb. En el caso del Higgs ocurre otro tanto, en el Tevatrón tenemos 0’91 pb y en el LHC alcanzamos 14’8 pb.

Hay que recordar que el LHC no le ha ganado al Tevatrón en producción por segundo de estas partículas, sino que seguirá haciéndolo mientras funcione hasta la última semana de octubre (para entonces, si todo va bien, en lugar de 104 paquetes de protones se utilizarán 384 paquetes y la luminosidad instantánea será 3’7 veces mayor).

Más información sobre el buen estado de las colisiones en el LHC en el mensaje del Director General del CERN, Rolf Heuer, “Message from the Director General: A game-changing fill for the LHC,” CERN News, 24 September 2010. [visto en Peter Woit, “LHC Update,” Not Even Wrong, September 24th, 2010]. Ver también Philip Gibbs, “LHC passes 1/fb/year peak luminosity,” viXra log, September 25, 2010.

Por cierto, mañana 27 de septiembre empieza la conferencia “Prospects For Charged Higgs Discovery At Colliders (CHARGED 2010),” Uppsala, Suecia, 27-30 September 2010. La figura que abre esta entrada está extraída de las transparencias de la charla de Alexandros Attikis (Universidad de Chipre), para la Colaboración CMS (del LHC en el CERN), “QCD backgrounds in charged Higgs searches,” cH±arged 2010, Uppsala, 29 Sep. 2010.