El rumor de la semana: ATLAS podría haber observado el bosón de Higgs a 4 sigma

It is the purpose of this Note to report the first experimental observation at the Large Hadron Collider (LHC) of the Higgs particle.” Primera frase del informe interno número ATL-COM-PHYS-2011-415.

Un nuevo artículo en proceso de revisión interna dentro de la colaboración ATLAS del LHC del CERN afirma haber observado, con una significación de 4 sigma, una resonancia con una masa de 115 GeV/c² en el espectro de dos fotones utilizado en la búsqueda del bosón de Higgs. No puede ser el bosón de Higgs del modelo estándar, pues los 63’5 /pb de colisiones protón-protón estudiados no son suficientes para observarlo con una significación de 4 sigma. Por tanto, si se ha observado el bosón de Higgs, debe haber algún mecanismo desconocido que amplifique en un factor de 30 su probabilidad de desintegración en dos fotones, lo que sería una señal de la existencia de nueva física más allá del modelo estándar. Si no se ha observado el bosón de Higgs, entonces se ha observado una nueva partícula elemental neutra que se desintegra en dos fotones, lo que también sería una señal de nueva física más allá del modelo estándar. El artículo está ahora mismo en proceso de revisión interna y sólo tienen acceso a su contenido los miembros de la colaboración ATLAS, quienes por razones obvias no pueden revelar los detalles. Más aún, dada la importancia del descubrimiento, se podría tomar la decisión de esperar a analizar más datos de colisiones que confirmen la señal observada o la desmientan. Esta semana el LHC está en modo colisiones y ayer 21 de abril se alcanzó un nuevo récord de luminosidad instantánea con 480 paquetes de protones espaciados por 50 ns; gracias a este récord se pudieron obtener 6’7 /pb de colisiones en sólo 7:30 horas.

El artículo técnico en cuestión es Y. Fang, L. R. Flores Castillo, H. Wang, S. L. Wu (Universidad de Wisconsin-Madison), “Observation of a γγ resonance at a mass in the vicinity of 115 GeV/c² at ATLAS and its Higgs interpretation,” Report number ATL-COM-PHYS-2011-415, 21 April 2011. El abstract/resumen del artículo (en su versión provisional) es el siguiente:

“Motivated by the result of the Higgs boson candidates at LEP with a mass of about 115 GeV/c², the observation given in ATLAS note ATL-COM-PHYS-2010-935 (November 18, 2010) and the publication “Production of isolated Higgs particle at the Large Hadron Collider” (Physics Letters B 683 2010 354-357), we studied the γγ invariant mass distribution over the range of 80 to 150 GeV/c². With 37.5 /pb data from 2010 and 26.0 /pb from 2011, we observe a γγ resonance around 115 GeV/c² with a significance of 4σ. The event rate for this resonance is about thirty times larger than the expectation from Higgs to γγ in the standard model. This channel H→γγ is of great importance because the presence of new heavy particles can enhance strongly both the Higgs production cross section and the decay branching ratio. This large enhancement over the standard model rate implies that the present result is the first definitive observation of physics beyond the standard model. Exciting new physics, including new particles, may be expected to be found in the very near future.”

Para los que prefieran leerlo en español:

Miembros de la colaboración ATLAS de la Universidad de Wisconsin-Madison “motivados por los resultados de la búsqueda del bosón de Higgs en LEP que apuntaban a una masa cercana a 115 GeV/c², por las observaciones presentadas en la nota interna de ATLAS numerada ATL-COM-PHYS-2010-935 (enviada el 28 de noviembre de 2010 para revisión interna y que no fue aceptada para su aparición pública) y por el artículo “Production of isolated Higgs particle at the Large Hadron Collider” publicado en Physics Letters B 683: 354-357 (2010), hemos estudiado la distribución de la masa invariante de pares de fotones (γγ) en el rango de masas de 80 a 150 GeV/c². Con 37’5 /pb (inversos de picobarn) de datos obtenidos en 2010 y 26’0 /pb obtenidos en 2011, hemos observado una resonancia γγ alrededor de 115 GeV/c² con una significación (estadística) de 4σ. El número de eventos observado es 30 veces mayor que lo esperado para la desintegración en dos fotones (γγ) del bosón de Higgs. El canal de desintegración H→γγ es de gran importancia (en la búsqueda del Higgs) porque la presencia de nuevas partículas pesadas puede incrementar mucho tanto la probabilidad de producción como probabilidad de desintegración en este canal para el bosón de Higgs. Este incremento respecto a lo esperado según el modelo estándar implica que el resultado obtenido es la primera prueba definitiva de la existencia de nueva física más allá del modelo estándar. Esperamos que se encuentre en un futuro cercano nueva física, incluyendo nuevas partículas.”

El rumor ha aparecido en un comentario anónimo a la entrada de Peter Woit, “This Week’s Hype,” Not Even Wrong, April 18st, 2011. Varios comentarios de miembros de ATLAS afirman que han visto el artículo aunque no han podido ofrecer más detalles. Peter Woit le ha dedicado una entrada específica “This Week’s Rumor,” Not Even Wrong, April 21st, 2011.

¿Cuál es mi opinión sobre este rumor? Un rumor es un rumor, así que habrá que esperar por lo menos un mes para ver si el rumor se confirma y se convierte en un artículo público o todo ha sido una falsa alarma. Al ritmo al que se están estudiando las colisiones en el LHC el número de colisiones estudidadas hasta ahora (sumando los años 2010 y 2011) se duplicará en un par de semanas. Por tanto, dentro de un mes la señal observada será confirmada (o refutada) con el doble datos sin género de dudas. Con toda seguridad la colaboración ATLAS andará con pies de plomo en este asunto y si se confirma la señal se convocará una rueda de prensa para principios de junio con objeto de realizar el anuncio (sea el Higgs o una nueva partícula) a bombo y platillo. Un mes y medio es poco tiempo, así que os mantendré informados en la medida de mis posibilidades.

PS (22 abril 2011): Muchos blogs de física se han hecho eco del rumor.

Lubos Motl, “ATLAS memo: 4-sigma diphoton bump at LEP’s 115 GeV,” The Reference Frame, April 22, 2011, nos recuerda que la masa más probable para un Higgs si existe la supersimetría (una teoría CMSSM) es de 114±2 GeV/c² según el artículo de teórico de S. Cassel, D. M. Ghilencea, G. G. Ross, “Testing SUSY at the LHC: Electroweak and Dark matter fine tuning at two-loop order,” ArXiv, 22 Jan 2010.

Jester, “Higgs in ATLAS, maybe,” Résonaances, 22 April 2011, nos recuerda que en las teorías supersimétricas MSSM y NMSSM no dan cabida a un Higgs como el observado; además, nos recuerda la evidencia que observó ATLAS sólo con los datos de 2010 (evidencia que en este blog presentamos en “Primera búsqueda de un Higgs de baja masa en el experimento ATLAS del LHC en el CERN,” 14 marzo 2011, no sin cierta polémica porque yo puse en el título “evidencia” y lo tuve que cambiar por “búsqueda,” pero si se confirma el nuevo resultado…). Los diagramas de Feynman para la desintegración de un Higgs en dos fotones están dominados por los procesos que involucran dos o tres bosones W (la desintegración mediada por tres quarks top es mucho menos probable).

Hoy es posible que muchos medios se hagan eco del rumor. El proceso interno de revisión de los artículos/preprints en el LHC del CERN es muy rápido y también muy eficaz a la hora de detectar debilidades en un artículo (ya hablamos de ello en este blog en “Producción científica y revisión por pares a la velocidad de la luz,” 30 abril 2010). Máxime con un artículo que puede pasar a la historia. Me gustaría recordar a todos que en el canal difotónico para el Higgs ATLAS aventaja un poco a CMS, su gran competencia en el LHC, y muchísmo al Tevatrón del Fermilab. Como resultado la colaboración ATLAS puede permitirse el lujo de esperar al análisis de más datos en las próximas semanas para confirmar con mucha mayor significación el resultado. En mi opinión personal, así lo harán.

PS (22 abril 2011): Tommaso Dorigo (miembro de la colaboración CMS del LHC) nos cuenta en “Did Atlas Just See The Higgs ?,” A Quantum Diaries Survivor, April 22, 2011, sus dudas sobre si el Higgs ha sido o no observado por ATLAS. Según Tommaso, con toda la razón del mundo, si ATLAS ha observado el Higgs como afirma el nuevo artículo debería haber sido observado también en el Tevatrón, en sus dos experimentos DZero y CDF (Tommaso es miembro de la colaboración CDF). En cualquier caso, Tommaso no comenta nada en su entrada sobre la posibilidad de que se haya observado otra partícula diferente del Higgs que se desintegre en dos fotones. Mientras no se publiquen los detalles del artículo sólo podemos conjeturar qué tipo de análisis se ha realizado y qué significa el contenido del resumen del artículo (lo único que se ha filtrado fuera de la colaboración ATLAS sobre este asunto).

Philip Gibbs también se ha hecho eco de esta noticia en “New Particle Rumour,” viXra log, 22th April, 2011. Como ya he comentado en mi entrada, podría tratarse de una nueva partícula neutra y Philip sugiera que podría ser una partícula neutra compuesta. Habrá que esperar a las propuestas de los físicos teóricos al respecto.

PS (23 abril 2011): Recomiendo varios comentarios de “Also a real scientist @ ATLAS” en el blog de Peter Woit, Not Even Wrong, que inició el rumor. Nos recuerda lo que es una comunicación interna ATL-COM (ATLAS Communication o ATLAS-COM-*): una comunicación interna para ser visible entre todos los miembros de la colaboración que no cuenta ni con la aprobación ni con el veto de ATLAS; su objetivo es la comunicación de ideas y resultados (provisionales) entre los subgrupos que forman la colaboración (que cuenta con casi 3000 miembros). Muchos artículos de ATLAS nacen como ATL-COM, pero la mayoría de estas comunicaciones acaban en la papelera. Muchos doctorandos o posdoctorados jóvenes las utilizan para justificar o documentar su trabajo en la colaboración.

En el caso concreto que nos interesa, la comunicación proviene de cuatro miembros de la colaboración bajo la dirección de la Dra. Sau Lan Wu, investigadora de amplio prestigio que no ganará nada publicitando este resultado. Seguramente ninguno de los cuatro autores está de acuerdo con la publicidad que ha recibido su comunicación interna. El resultado de la comunicación depende más de las simulaciones de Montecarlo desarrolladas por los autores que de los datos de colisiones obtenidos por ATLAS y es bien sabido que para el problema estudiado en este caso dichas simulaciones están sujetas a gran incertidumbre. Por tanto, “Also a real scientist @ ATLAS” cree que este análisis no superará una verificación detalladas posterior. Así que todo apunta a una falsa alarma (como ya temía Tommaso Dorigo).

¿Quién puede haber sido el responsable de la fuga? Seguramente todos los miembros de ATLAS han accedido a este artículo (por la fama de Wu y por el interés que despierta el bosón de Higgs), así que puede ser cualquiera de los 3000. Según “Also a real scientist @ ATLAS” la colaboración no emprenderá una caza de brujas para encontrar al responsable de la fuga (entre otras cosas porque no tiene mucho sentido y será casi imposible llegar a descubrir quien ha sido).

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25 pensamientos en “El rumor de la semana: ATLAS podría haber observado el bosón de Higgs a 4 sigma

  1. Por fin buenas noticiasss aqui parece que empieza la gran revolución científica que tanto tiempo estabamos esperando. Por supuesto, hay que ser cautos para no llevarse un nuevo “chasco” pero este rumor tiene muy buena pinta. Sería gracioso que tu “error” en tu entrada del 14 de marzo al poner en el título “evidencia” fuese premonitorio y tuvieses que volver a cambiarlo :D
    Hay que estar muy atentos a esto, si se confirma entraremos de lleno en terreno desconocido cual explorador que se interna en nuevos territorios solo que en este caso el terreno a explorar es nada menos que las leyes más profundas del universo.

  2. El punto de vista de un miembro de la colaboración:http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/did_atlas_just_see_higgs-78316

    De todos los comentarios que he leido destacaría éste de Lubos en Resonaances:

    “Hi Jester, as you must know, 115 GeV is the vastly preferred Higgs mass in SUSY.

    If you were a bit scared by the news and if you need to replace your underwear right now, you may buy new underwear and up to $10 may be subtracted from those $10,000 you will pay later”.

    A CALZÓN QUITAO: NO HIGGS (ni este, que lo no sería, ni ningún otro), NO SUSY.

    • Gracias, proaonuiq, pero recuerda que Tommaso Dorigo no es miembro de la colaboración ATLAS (por ello no tiene acceso al artículo en proceso de revisión interna) sino que es miembro de la colaboración CMS (la competencia “sana” de ATLAS). En cualquier caso, Tommaso tiene razón cuando afirma que el Tevatrón, CDF y DZero, debería haber visto “algo” y no ha visto nada.

      En cuanto a la apuesta entre Lubos y Jester, hay que recordar que Lubos apuesta con todo el mundo, pero no todo el mundo acepta sus apuestas. En ello Lubos se parece a Hawking.

      • Tienes razón Francis, gracias por la corrección.
        Imagino que a estas alturas sabéis que Dorigo ha lanzado otra apuesta en contra del descubrimiento (apuesta que ni es el Higgs ni cualquier otra partícula, es una señal falsa).

        Parece, cómo era de esperar, que el tema se está evaporando. Hay un cierto paralelismo con el asunto P=NP del pasado verano: también se inició con una filtración, fúe amplificado por blogs (quizás en contra de la voluntad del propio autor), se cruzaron apuestas y todo generó polémica (la filtración, la amplificación y las apuestas. Sobre la polémica de filtración y amplificación me remito a los comentarios en el blog de Woit). Afortunadamente este asunto no ha transcedido, que yo sepa, a los medios de comunicación tradicionales, que últimamente están muy prudentes…

  3. Por favor, que no se enteren los medios de la “noticia” antes de tiempo, o esto puede ser un caos. Miedo me dan los titulares que podrian surgir.

  4. Yo no entiendo por qué los datos no son públicos desde el mismo instante en el que se obtienen, ¿qué mérito tiene un descubrimiento que se basa en la exclusividad de acceso a los datos? ¿no es el CERN un proyecto financiado con fondos públicos?

    • En un artículo científico todos los autores del artículo tienen derecho a conocer el artículo y deben estar de acuerdo con su publicación. ¿Obvio?

      En un artículo de la colaboración ATLAS que se hace público firman casi 3000 científicos. Los 3000 tienen derecho a ver el artículo, revisarlo, criticarlo, aportar cosas, etc., y a hacerlo antes de que el artículo sea público. ¿Obvio?

      Una de las razones por las que los artículos del LHC o del Tevatrón reciben una revisión por pares muy rápida es porque ya han sido revisados por pares dentro de la propia colaboración y no por 2 o 3, sino por cientos.

      • No tan obvio, pienso que por lo menos cabe discutirlo. El autor del comentario no habla específicamente del artículo, sino de poner públicamente los datos digamos casi en tiempo real. En mi opinión existen razones para que exista lo que se podría denominar un filtrado previo, pero también existen razones para lo contrario. Naturalmente si hablamos de una comunicación formal ahí ya entran en juego consideraciones de otro tipo, pero respecto a los datos brutos, pelados, es razonable sugerir que sean públicos desde un primer momento. En un mundo ideal donde no existan patentes ni físicas ni morales (atribuciones y reconocimentos, en este último caso), yo también estoy de acuerdo que sería lo mejor. Lamentablemente, ni yo mismo puedo decir que ese mundo fuese a ser mejor que este, en cualquier caso, también cabría hablar de la moralidad de filtrar rumores, bien sea por unas u otras causas. Vamos, que no tan obvio, quiero decir, una vez más, para quien está muy fuera del mundo de la investigación científica (tal y como está organizada actualmente) no creo que le resulte obvio en absoluto.

  5. “…Para los que prefieran leerlo en español…”

    Gracias, gracias y mil veces gracias por las traducciones.

  6. Hablé con um miembro de ATLAS esta mañana y me dijo que el portavoz de la colaboración había enviado un email a todos los miembros dando instrucciones de que el único comentario público que pueden hacer es “This is not an official result of the ATLAS experiment.” That’s about the most “official news” right now.

    Como alguien dice más arriba, por favor que los medios no se enteren porque sus titulares de mañana serán horrorosos y dañinos a la imagen pública de la física de partículas.

    Saludos

    • Pues parece que hay un traidor en la Institución. Es una vergüenza que se haya iniciado este rumor y mucho más que lo haya hecho en el blog de un enemigo de la ciencia.

  7. No veo tan claro que Sau Lan Wu no gane nada de la publicidad de este resultado. Para empezar, el mero hecho de que haya emitido una comunicación interna indica que quiere generar interes en la vieja señal del LEP para asegurarse de que su verificación sea una de las busquedas prioritarias. Y el hecho de que se divulgue hace que el “competidor”, el CMS, tambien tenga noticia de que esa señal no se ha dado aun por muerta y por tanto preste tambien atención.

  8. Enorme blog para innaugurarme.

    En efecto yo tambien intuyo que mas que el higgs debe ser una nueva particula, probablemente neutra si (demasiado bonito el numero 6).

    Sin embargo, he repasado tu articulo del 4 de Abril sobre el tema y las relaciones con el quark top, comentabas un ejemplo de “inyección” de un Higgs en un experimento(un higgs en 125GeV) y aceptabas que no habría mucho cambio a nivel experimental, serian compatibles.
    Y esto me ha confundido!!
    Quiero decir…la verdad es que mmm podria ser posible un Higgs teorico de 115GeV…no? Y si como demonios lo han visto es algo q no entendi en amazings, pero bien lo explicas si.

    tio tus aportes para aficionados son de puta madre, nos mantienen entretenidos
    Saludos!
    +2

    • Noelillo, para evitar tu confusión te recuerdo lo que sabemos sobre la masa del Higgs a día de hoy.

      Para el Higgs más sencillo (una única partícula neutra descrita por lo que se llama el modelo estándar mínimo) el acelerador LEP del CERN excluyó un masa inferior a 114’4 GeV/c² con una significación estadística muy alta (ver la primera figura de esta entrada para más detalles). La exclusión de LEP para modelos más complicados del Higgs (en los que hay Higgs cargados y otros Higgs neutros) son diferentes y los datos experimentales son compatibles con la existencia de bosones Higgs “exóticos” de pocos GeV/c² para ciertos modelos.

      Para el Higgs más sencillo (modelo estándar mínimo) los datos de colisiones más recientes del Tevatrón del Fermilab (publicados esta año) excluyen un bosón de Higgs con una masa en el intervalo [158, 173] GeV/c² (por la parte baja excluyen peor que LEP y solo en el intervalo [100, 109] GeV/c² aunque esto mejorará este verano). Estos límites de exclusión cambian (se amplian o se reducen) en función del modelo exótico del Higgs que se tenga en cuenta (y hay muchos modelos más allá del mínimo).

      El LHC del CERN todavía no ha sido capaz de excluir ningún intervalo de masas para el Higgs. Este verano se publicarán sus primreos límites de exclusión que se espera que serán peores que los que el Tevatrón publique también por las mismas fechas, salvo quizás en la parte de energías bajas (en el intervalo [110, 120] GeV/c² donde podrían ser similares o incluso el LHC podría mejorar al Tevatrón, de ahí la expectación que provoca cualquier resultado temprano en esta región). El LHC también podría publicar una exclusión en la región de masas inalcanzables para el Tevatrón entre 200 y 600 GeV/c².

      Por otro lado, también hay estimaciones teóricas a partir de los valores más precisos de los parámetros del modelo estándar, así como modelos mixtos que mezclan teoría y experimento. Los valores teóricos más razonables para el modelo mínimo del Higgs son que su masa está en el intervalo [52, 171] GeV/c² (lo que es un intervalo muy amplio). Los modelos teóricos a día de hoy prefieren un Higgs en el intervalo de masas [114, 120] GeV/c² (ver el final de esta entrada).

      Espero haber aclarado algo tus dudas. Hasta que el bosón de Higgs no se descubra los números sobre cuál podría ser su masa van a ir bailando al ritmo de los experimentos (recuerda la historia de la búsqueda del quark top)

  9. Hola,me fascina todo lo relacionado con el cern,pero sinceramente no entiendo nada de nada de fisica,se q pretenden encontrar la masa del boson de higgs y q con ello se haran muchos avances en el mundo de la fisica,pero por favor alguien me puede esplicar para q va a servir este esperimento en el futuro si al final tienen exito en lo q buscan.Nadie a sabido esplicarme y por lo q leo en vuestros comentarios sabeis bastante del tema.Muchas gracias de antemano amigos y espero no haber molestado con mi mensage.

    • HUGO, es imposible saber las aplicaciones prácticas de un descubrimiento de ciencia básica. Nadie sabía en 1933 cuando se descubrió la antimateria para qué podría servir algún día (aparte de para rellenar páginas en novelas de ciencia ficción). El positrón, la antipartícula del electrón, parecía que nunca tendría ninguna utilidad práctica. Hoy en día es posible que alguna vez te hayas sometido a una tomografía por emisión de positrones. En la industria se utilizan para muchas otras cosas. ¿Para qué puede servir lo que se descubra en el LHC del CERN? Pregúntame dentro de 50 años y te podré contestar.

      • muchas gracias por todo ojala todo el mundo fuera como tu crack.dentro de 50 nos vemos.jejeje

  10. Francamente, ya estoy cansado de tanta rumorología. Este no es el método de la ciencia. No hay artículo al respecto ni en el ArXiv y ya está media internet opinando.
    Podría ser el Higg u otra cosa o simplemente nada. A ver si pasa el tiempo y vemos algún resultado real.
    Personalmente prefería que apareciera algo y que fuera el Higgs, sería mucho más interesante.

    • Bueno, es parte del método, la gente compara un resultado con sus propias expectativas y opina si esta en contradiccion o de acuerdo con ellas. El problema es cuando ni siquiera esas expectativas se han formado de acuerdo a razones cientificas.

  11. De todas formas no llamaria a esto un rumor, los hechos estan perfectamente contrastados: El equipo que vio las señales del LEP-II a 115 GeV ha hecho una revision preliminar de los datos del LHC y piensa que sigue habiendo señal ahi, por lo que emite una nota interna para captar interes de los grupos que hacen los cortes y muestreos de los datos. Es un leak, pero no un rumor.

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