Rumores y nueva información no oficial sobre la búsqueda del bosón de Higgs

Nadie en el LHC quiere afirmar con rotundidad que el Higgs existe, porque quizás no exista, o porque es políticamente incorrecto, pero mucha gente se está atreviendo a anticipar el resultado que se obtendrá tras combinar todos los datos obtenidos en 2011 por ATLAS y CMS, los dos grandes experimentos del LHC en el CERN. Estas combinaciones no oficiales se basan en el teorema central del límite y han de ser cogidas con alfileres, sin embargo, son un punto de partida para tener una idea de lo que podremos contemplar en la figura oficial que se publicará en marzo de 2012. Esta figura en concreto ha sido obtenida por un “bloguero anónimo” y aparece en una charla de Eilam Gross sobre la búsqueda del Higgs que está disponible en youtube (ver al final de esta entrada). No hay que ser Gross, ni ver el final de su charla para interpretar lo que nos dice esta figura. Si existe un Higgs con cierta masa, la línea negra debe tener la forma de un pico ancho con un valor máximo de la unidad; si no existe el Higgs con cierta masa, la línea negra debe tener un valor nulo; la banda en azul es la banda a 1 sigma. ¿Qué nos dice esta figura? Que los datos de diciembre del LHC apuntan a un Higgs con una masa entre 124 y 125 GeV/c²; los datos de CMS que apuntan a un Higgs de unos 119 GeV/c² quedan bastante minimizados en esta figura combinada.

Los que gusten pueden comparar la figura que abre esta entrada con esta otra, obtenida por Philip Gibbs, que ofrece una conclusión muy similar (y que además se atreve a combinar también los datos de LEP y del Tevatrón, ver detalles en viXra log). Perdóname, pero me gustan estas figuras, igual que me ha gustado la charla de Gross. Si tienes una hora y media y te interesa el tema, la charla merece la pena. Por lo menos es mucho más corta que leer en detalle su artículo Glen Cowan, Kyle Cranmer, Eilam Gross, Ofer Vitells, “Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics,” Eur. Phys. J. C 71: 1554, 2011 (ArXiv preprint), muy interesante por cierto.

La figura de exclusión obtenida por este “bloguero anónimo” que nos muestra Gross presenta claramente un exceso alrededor de 125 GeV/c², aunque quizás demasiado por encima de la unidad; si quieres saber más detalles puedes consultar el final del vídeo de la charla de Eilam Gross.

Estas figuras puede que sean un reflejo de lo que veremos en marzo en la figura oficial ALTAS+CMS, pero para entonces se incorporarán nuevos canales de búsqueda en ATLAS (hubo un cambio en los parámetros del simulador de Montecarlo oficial de ATLAS que ha introducido retrasos en el análisis de ciertos canales) y se mejorará el análisis estadístico de las colisiones de CMS; estos cambios podrían conducir a que la señal a 125 GeV se refuerce y a ello apuntan ciertos rumores, según Peter Woit, “This Week’s Rumor,” Not Even Wrong, 10 Jan. 2012. El rumor de la semana pasada era que los datos de CMS en el canal difotónico muestra una señal más fuerte que la versión preliminar publicada el 13 de diciembre; el pico observado por CMS alrededor de 123,5 GeV ha crecido hasta 124 GeV, y su significación estadística ha subido de 2,3 a 3 sigmas, lo que incorporando el efecto “look elsewhere” implica subir de 0,8 sigma a 2,0 sigma. Combinado con ATLAS, este resultado refuerza la señal de un Higgs con una masa alrededor de 125 GeV. Sin embargo, habrá que esperar a la publicación de la combinación oficial ATLAS+CMS para confirmar este rumor.

Por ahora, a falta de confirmación definitiva, todo apunta a que el LHC funcionará en 2012 con colisiones protón-protón a 8 TeV c.m. (en el centro de masas). Los expertos creen que es seguro incrementar la energía de los haces de 3,5 TeV a 4 TeV y las ventajas de este incremento en la búsqueda de un Higgs con una masa alrededor de 125 GeV son importantes; si todo va bien, con solo 5 /fb de datos a 8 TeV c.m. en 2012, combinando CMS y ATLAS ya se obtendría una evidencia a 5 sigma del Higgs.

¿Por qué se utiliza 5 sigma como señal de un descubrimiento y no otro valor? Esta pregunta se la hacen a Eilam Gross al final de su charla y la razón es sencilla, el efecto “look elsewhere” aplicado a un Higgs que no sabemos la masa que tiene. Una fluctuación estadística a 3 sigma es más probable si el rango de masas estudiado es mayor; pongamos un ejemplo sencillo, que salgan 5 caras seguidas en 10 tiradas de una moneda tiene una probabilidad del 11%, pero en 100 tiradas es del 81% y en 300 supera el 99%. Cuando se pensaba que el Higgs podría tener una masa entre 40 y 1000 GeV, se consideró que 3 sigma era poca evidencia y se tomó 5 sigma como imprescindible para evitar fluctuaciones muy probables debido al efecto “look elsewhere.” Eilam Gross confiesa (en el turno de preguntas, tratando de ser lo más políticamente correcto posible) que en ATLAS ya se han observado varias fluctuaciones para el Higgs entre 3 y 4 sigma que han desaparecido tras un análisis posterior. Ya os he comentado en varias ocasiones que en mi opinión, teniendo en cuenta el el efecto “look elsewhere,” incluso 5 sigma puede que no sea suficiente para un descubrimiento definitivo del Higgs; obviamente, una vez se haya descubierto esta partícula este efecto dejará de tener sentido. Os dejo la interesante charla de Gross en youtube por si alguno tiene una hora y media para disfrutar con la física del Higgs y la estadística de la búsqueda del Higgs en pie de igualdad.