El resultado final sobre la búsqueda del Higgs en el Tevatrón del Fermilab

Hoy en Moriond 2012 se ha publicado el resultado final combinado DZero+CDF en el Tevatrón del Fermilab para la búsqueda del Higgs; el resultado es más espectacular de lo esperado, confirmando la señal observada por ATLAS y CMS en el LHC del CERN que apunta a un Higgs con una masa baja entre 117 y 127 GeV. Por cuestiones técnicas el Tevatrón no tiene resolución suficiente para apuntar hacia un Higgs con una masa de 125 GeV y por ello muestra un pico bastante ancho. Aún así, este resultado es el mejor que se puede obtener con el Tevatrón debido a sus limitaciones intrínsecas en su sensibilidad a un Higgs con una masa baja. Todos los que ansiamos que el Higgs sea descubierto este año creemos que este nuevo resultado es una gran contribución del Tevatrón a la búsqueda del Higgs. Más información en la nota de prensa de hoy en el Fermilab, que incluye figuras y vídeos aparte. Más información divulgativa en Jason Palmer, “Higgs boson hints multiply in US Tevatron facility data,” BBC News, 7 March 2012. Más información en español en “Tevatron observa indicios del bosón de Higgs consistentes con los del LHC usando distintas técnicas,” CPAN Ingenio, 7 marzo 2012.

Para los interesados en detalles técnicos, la figura que abre esta entrada combina los resultados obtenidos por los expermientos CDF y DZero tras analizar unos 10 /fb de datos de colisiones protón-antiprotón a 1,96 TeV cm (todos los datos almacenados en disco de las colisiones en el Tevatrón que finalizó su operación a finales de septiembre del año pasado). La figura muestra una evidencia a 2,2 sigma de un Higgs con una masa baja, entre 115 y 135 GeV (el Tevatrón con solo 10/fb de datos no tiene resolución suficiente para reducir este intervalo). Además, el Tevatrón excluye al 95% CL un Higgs con una masa entre 147 y 179 GeV, algo que hoy tiene poco interés porque el LHC lo excluye en un intervalo más grande.

La combinación a ojo de buen cubero de los datos del Tevatrón y del LHC muestra una evidencia a unos 3 sigma (más o menos 1 entre 740) de la existencia de un Higgs con una masa entre 117 y 127 GeV. Habrá que estar al tanto de la combinación no oficial de Philip Gibbs que cuantificará con más detalle esta estimación (seguramente saldrá esta tarde-noche). Además, esta noche habrá un webcast sobre la búsqueda del Higgs en el Fermilab a las 21:00 horas (hora de Madrid). Trataré de verlo y ya os contaré.

¿Qué son CDF y DZero en el Tevatrón? CDF es un experimento internacional de 430 físicos de 58 instituciones en 15 países. DZero es un experimento internacional llevada a cabo por 446 físicos de 82 instituciones en 18 países. Ambos experimentos forman parte del Tevatrón, situado en el Femilab (Laboratorios Nacionales Fermi) en Batavia, a las afueras de Chicago, EE.UU. El Tevatrón es un colisionador de hadrones donde se hacen colisionar haces de protones contra haces de antiprotones (su antipartícula) con una energía total en el centro de masas de la colisión de 1,96 TeV (el LHC funcionó el año pasado con colisiones protón contra protón a 7 TeV y este año funcionará con colisiones a 8 TeV).

Por supuesto, “todavía hay mucho trabajo por delante antes de que la comunidad científica puede decir con seguridad si existe el bosón de Higgs;” de hecho, el Tevatrón todavía no ha dicho su última palabra pues se está trabajando en la mejora de las técnicas estadísticas de análisis de los datos y quizás para finales de año pueda publicarse alguna mejora del resultado publicado hoy; el Fermilab tiene que “exprimir hasta la última gota todos los datos del Tevatrón.” Lo importante que un lego debe saber es que este año, el año del descubrimiento del Higgs, el Tevatrón y el LHC son complementarios y la combinación de todos sus resultados es la primera señal que está alumbrando la existencia del Higgs de baja masa. Los resultados más interesantes del Tevatrón son los obtenidos en el canal de desintegración del Higgs en un par de quarks bottom, pero este canal es muy difícil de estudiar pues ambos bottom se observan en forma de chorros de hadrones cuyas propiedades son difíciles de cuantificar en detalle (hay que recordar que los detectores del CDF y DZero tienen más de 10 años y son menos precisos que los del LHC).

Como nos dicen en la nota de prensa del Fermilab, el LHC y el Tevatrón está tomando una “foto” del Higgs con cámaras diferentes y la del Tevatrón es una cámara desenfocada; para lograr que mejore su foco es necesario mejorar las técnicas de análisis de los datos y ese es el objetivo durante este año para los físicos del Fermilab. La “foto” del Higgs que ofrecerá el LHC este verano (con unos 5 /fb de datos de colisiones protón-protón a 8 TeV) será mucho más nítida, aunque aún no podemos asegurar que vaya a ser la definitiva. Como ya muchos sabéis, yo predije en Amazings Bilbao que el Higgs se descubriría este verano. Si al final me equivoco, será por poco porque su descubrimiento será proclamado, a más tardar, a finales de este año. Solo una catástrofe en el LHC podría evitarlo. Crucemos los dedos.

10 pensamientos en “El resultado final sobre la búsqueda del Higgs en el Tevatrón del Fermilab

    • Gracias, Alberto, ya he incluido la noticia CPAN en mi entrada, justo después de que apareciera en Twitter el anuncio.

      En @CPAN_Ingenio también han tuiteado que “En los análisis de Tevatron sobre el #Higgs participan: IFCA (Santander), U. Oviedo, IFAE (Barcelona) y @CIEMAT_Moncloa.”

  1. Si señor, el camino ha sido durísimo pero ahora la evidencia es clarísima. 2 aceleradores totalmente distintos con detectores y métodos de análisis diferentes y 4 cooperaciones distintas han detectado un exceso en un rango muy estrecho en torno a 125 GeV, la evidencia combinada sería de unos 3 sigmas ¡El Higgs ha sido cazado! Este descubrimiento sería uno de los más importantes de la historia de la física de partículas. No olvidemos que aunque el Higgs es una parte “rutinaria” del SM no es una partícula más, las propiedades del Higgs son muy especiales y desde luego no son nada comunes, sus propiedades hacen que probablemente sea la partículas más “exótica” jamás descubierta y su estudio puede darnos grandes pistas que nos permitan resolver el enorme rompecabezas de la física fundamental y de la cosmología. Sin duda hoy es un día importante en la historia de la física.

    • Gracias por tu pasión, Planck

      Desde luego hoy es un día grande y muy halagador para los que trabajamos en ello.

      Pero los científicos tenemos que ser muy cautos. Varias observaciones anteriores, incluso en torno a las 3 sigma, han resultado ser, de hecho, una fluctuación estadística. Por eso exigimos 5 sigma para hablar de descubrimiento.

      El trabajo es duro y muy bonito, pero hay que seguir en el empeño. Este año lo sabremos, posiblemente, pero todavía no podemos asegurarlo.

  2. Una duda: ¿Por qué es tan importante determinar la masa exacta del Higgs? ¿No puede determinarse indirectamente? Si no se puede, parece que no debería ser necesaria para ningún cálculo crucial ¿no?. Un maldito ignorante.

    • Sargento Pez, creo que tus preguntas requieren tres respuestas en paralelo.

      Primero, hay que demostrar que el bosón existe y para saberlo hay que buscar su señal en las colisiones de partículas, es decir, una resonancia (un pico) alrededor de un cierto valor de la masa. En este sentido, conocer el valor de la masa del Higgs y demostrar que existe son dos problemas muy relacionados entre sí.

      Segundo, conocer la masa del Higgs y todas sus propiedades es crucial para muchos cálculos, pero el modelo estándar es muy flexible en cuanto al Higgs y se puede adaptar a variaciones de decenas de GeV para la masa del Higgs con pequeños cambios en el resto. Recuerda que el modelo estándar tiene más de 23 parámetros y hay muchos de ellos que conocemos con un error muy grande.

      Y tercero, ¿no puede determinar la masa de forma indirecta? Sí, se puede, los tests de precisión del modelo estándar permiten hacerlo; por ejemplo, bastaría conocer la masa del quark top y la masa del bosón W con gran precisión, pero conocerlas con tanta precisión es muy difícil en colisionadores de hadrones (como el Tevatrón y el LHC), sobre todo la masa del W. En estos aceleradores es más preciso descubrir la partícula y determinar su masa directamente que utilizar un cálculo indirecto. Además, los cálculos teóricos en el modelo estándar son muy difíciles de realizar y en muchos detalles tienen un imprecisión muy grande (errores del 10% son típicos en la física relacionada con el bosón de Higgs; estos errores se reducirán a menos del 1% cuando se sepa exactamente cuál es la masa del Higgs).

      Espero haber contestado bien tus dudas.

      • Genial!, gracias. Vamos, que hay tantas incógnitas que así no se puede descartar casi ninguna opción. Siempre me han caído mal esos malditos parámetros de la naturaleza que se obstinan en no poder ser calculados!

  3. Amigo Francis:
    Yo soy defensor absoluto de la idea de que el Universo, establecido desde hace varios miles de millones de años, se encarga de mantener la producción de la materia bariónica tal como la conocemos, ¡¡a partir de hidrógeno!!
    ¡¡El Universo de manera natural fabrica hidrógeno y tiene un mecanismo para que esto suceda!!
    Hasta ahora, que yo sepa, ningún físico ha considerado como es el mecanismo por medio del cual el Universo fabrica hidrógeno. ¿O sí? Con el hidrógeno empezó el origen del Universo. ¿O no?
    Las ideas actuales que consideran el hidrógeno como materia bariónica primigenia, deducen de hipótesis que tanto protón como electrón, en el inicio, estaban separados, según porque las alta temperaturas existentes impedía su unión. Según las mismas hipótesis, sería hasta que hubo reducción de temperatura que se lograron unir. Aun cuando así fuera, no hay hipótesis que indique el mecanismo por medio del cual esas dos partículas que forman hidrógeno, ¡¡existen y en las medidas que existen!! ¿O si?
    El Modelo Estandar de Partículas se ha derivado de estudiar con auxilio de aceleradores de partículas, el par de objetos que constituyen un átomo de hidrógeno: ¡¡El protón y el electrón!! Y por derivación de estos también el neutrón.
    Un sujeto que no ve, como otro produce una estructura física, cualesquiera que esta sea, para averiguarlo debe emplear lo que se conoce como ¡¡ingeniería inversa!! Este trabajo actualmente lo hacen la mayoría de los físicos de altas energías. Tratan de ver como está constituido un protón construido por aquel sujeto llamado ¡¡Universo!!
    Todos los involucrados con el Modelo Estandar de Partículas, o casi todos, se truenan los dedos y le piden a Dios que el Tevatrón del Fermilab y el colisionador del CERN, avalen la existencia del bosón de Higgs.
    Yo sinceramente creo, que los físicos deberían colocar en sus manos un protón (visible al ojo humano) y lo observaran atentamente y le dijeran: ¡Que escondes tú? Conozco muchas partículas que hay en tu interior y he deducido que también existe el bosón de Higgs. ¡Si tú no me lo quieres decir a las buenas, te lo sacaré a las malas! ¡Tengo un par de instrumentos con los cuales te destruiré para observarlo y tomaré fotografías que serán evidencia de lo que, ahora en hipótesis digo y sostengo!
    Pregunto, ¿De las conclusiones que surgen por la aparición del bosón de Higgs comprobado experimentalmente, deducirán porqué existe el protón en sus medidas precisas?
    Francis, en anterior, por consideraciones mías en otra sección de tu blog, hiciste el comentario respectivo. Posteriormente, me pediste que no me cortara del mismo, por la razón que fuera. Ahora, muy atentamente te solicito que tú no me cortes. Podrías hacerlo por alguna razón de reglas de aplicación de participantes, válidas seguramente.
    Antes bien, te pido me ayudes con el favor de tus comentarios sobre mis particulares dudas, y otras, que posiblemente plantee en el futuro, en relación con el probable origen de las partículas protón y electrón, que como ya sabes expongo en http://www.wix.com/universounificado/particulaslementales Este es sólo un borrador y estoy a la espera de concluir otra versión más formal para publicarla.
    Se muy bien que no soy Físico profesional, sino aficionado. Mi experiencia en electrónica me llevó indirectamente a encontrar como un electrón puede tener origen, y como lo hace asociado a un protón que al parecer lo produce en un proceso de rápida acreción electromagnética.
    Agradezco a todos tus blogistas su comprensión y paciencia ante mis puntos de vista. Muchos éxitos más les deseo sinceramente.
    ¡Mil saludos!

  4. Hola Francis:
    Hay algunas cosas que deben ponerse en claro relativo al tema de los Higgs:
    Tengo entendido que el hipotético Campo de Higgs, que supuestamente permea el espacio en donde se encuentra toda la masa bariónica, según la ciencia actual ¡No está generado por algo, sino que simplemente existe!
    Sabemos que todo campo de interacción conocido es generado y su alcance varía desde su origen hasta un alcance máximo que llega al exterior, tal es un campo magnético, electromagnético, gravitacional y las fuerzas nucleares ¿Por qué el Campo de Higgs no?
    El experimento del Tevatrón y del Gran Colisionador de Hadrones donde se espera una expectativa Higgs que se puede dar o no, conforme a lo que pueden esperar los grupos de físicos participantes que acontezca, adolece de un inconveniente: No consideran las fuerzas del Universo (porque seguramente no las conocen bien) como generador de partículas fundamentales y no fundamentales que existen según el Modelo Estandar. Lo que están haciendo, es “ver” lo que ocurre con la energía masiva reunida en la zona de detectores que se deriva de la reunión masiva de protones colisionando en un punto del espacio dentro de los mismos, con una energía cinética sin precedentes, el resultado: Bosones de Higgs o algo que se les puede parecer.
    No parece congruente, que un campo externo a toda partícula fundamental, se pueda derivar de una energía interna de las mismas. En todo caso, debería ser la comprensión anticipada de tal campo que se supone es “una energía externa e independiente de las partículas colisionadas y todas las demás existentes con masa”, lo que podría explicar por qué tales partículas existen, y también, como es el proceso mediante el cual se les lleva la energía para que tengan masa. ¡Algo totalmente incomprensible por lo incongruente que resulta una idea de este tipo!
    Sin embargo, yo aplaudo la labor de los grupos que trabajan en esos grandes aceleradores de partículas, porqué, déjame decirte Francis, el resultado que yo espero de esa experimentación crucial, es que se demostrará que toda la energía electromagnética masiva que puede existir reunida en cualquier punto del espacio en el Universo, tiene la tendencia innata de convertirse principalmente en hidrógeno. Esto debe observarse y registrarse como decaimiento final, inmediatamente después de la gran colisión de protones producido por el hombre, en este caso, en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Suiza.
    Otro, sin embargo, importante, es que creo que Peter Higgs tenía razón en establecer la idea de que un campo de interacción permea todo el espació alrededor de la materia bariónica, pero debe reconocerse que se requieren ideas complementarias asociadas que expliquen la suya más congruentemente, esta congruencia radicará en que, un campo de interacción con la materia, también debe estar generado por un ente energético del cual se pueda derivar, tal como yo lo postulo.
    También postulo, que ese campo de la idea de Peter Higgs, tiene como sustancia energética base, a la ahora mismo conocida como energía oscura, materia oscura, y como campo gravitacional primario, como ya lo apunte en otra sección de tu blog. Dicho campo gravitacional primario generado por el Universo, según mi tesis en http://www.wix.com/universounificado/particulaselementales, es el que permea todo el espacio donde se encuentra la materia bariónica. Estos equivalentes energéticos que en la realidad son sólo uno, son los que mantienen la masa a las partículas elementales existentes, incluyendo las del Modelo Estandar. A este campo se debe atribuir todos los efectos gravitacionales que pueden ser observados experimentalmente, incluyendo la interacción que puede tener con un posible bosón de Higgs.
    Un abrazo Francis.
    P.D. Yo sé que mi idea es un duro golpe contra la física de partículas estándar, y es lógico que la sensación de rechazo sea contundente por las mayorías. Creo que algún día se acostumbrarán y la aceptarán. ¿Qué mi idea requiere mejoras? No hay duda, tenemos toda una generación de físicos a nivel mundial que las pueden realizar.

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