Una sorpresa que podemos esperar en el canal difotónico para la búsqueda del Higgs

Hay una cosa que mucha gente olvida y que es de capital importancia en la búsqueda del bosón de Higgs en el LHC del CERN: las predicciones teóricas del modelo estándar son muy difíciles de calcular y mejoran conforme pasa el tiempo. Buen ejemplo de ello es esta figura. En la parte izquierda se muestra lo que era un misterio en noviembre de 2011 (publicado como tal en la revista JHEP en enero de 2012). En la parte derecha aparece la solución del misterio (aparecida en ArXiv en febrero de 2012). Había un misterioso exceso en las colisiones protón-protón que mostraban un par de fotones en el experimento CMS, al compararlas con las predicciones teóricas calculadas hasta el orden NLO. Dicho exceso ha desaparecido al compararlas con las predicciones teóricas calculadas hasta NNLO. Esto nos recuerda que no siempre la contribución del siguiente orden de la teoría de perturbaciones es pequeña; en este caso el orden NNLO introduce un efecto entre el 40 y el 55% respecto al orden NLO.

¿Qué significa esto con respecto a la búsqueda del bosón de Higgs con masa alrededor de 125 GeV/c²? El canal difotónico es el “gold channel” de esta búsqueda y mostraba un exceso respecto a las predicciones del modelo estándar, que llevó a algunos físicos a proponer que la señal a 125 GeV/c² correspondía a un primo (“fermiofóbico”) del Higgs. ¿Hasta qué orden se calculó dicho canal difotónico? El cálculo se realizó hasta NLO, luego es posible que veamos sorpresas cuando se calcule hasta NNLO. ¿Significa esto que la señal observada de un Higgs desaparecerá? Como también fue observada por ATLAS, no creo que ese sea el caso. Más bien, pero es una opinión personal mía, podría significar lo contrario, que la señal publicada en diciembre de 2011 aparentaba ser más débil de lo que en realidad era y que un nuevo análisis de dichos datos podría reforzar dicha señal. Obviamente, es solo una opinión mía. Que nadie me tire de las orejas si me equivoco (quizás lo sabremos el 4 de julio). Los autores de blogs estamos para eso, para equivocarnos.

El misterioso exceso observado por CMS se publicó el 1 de noviembre de 2011 en “Measurement of the Production Cross Section for Pairs of Isolated Photons in pp collisions at s√ = 7 TeV,” CMS-QCD-10-035, CERN-PH-EP-2011-171, arXiv:1110.6461 y apareció en revista el 25 de enero de 2012 (J. High Energy Phys. 01 (2012) .133). Mucha gente se hizo eco de este exceso, como Matt Strassler, “Two-Photons: Data and Theory Disagree,” OPS, Nov. 1, 2011 (que achacó de forma acertada el exceso a un error en el cálculo teórico de la predicción del modelo estándar); Matti Pitkanen, “CMS observes large excess of diphotons,” TGD Diary, Nov. 2, 2011 (que también acertó al afirmar que se trataba de un error sistemático); Lubos Motl, “CMS: a very large excess of diphotons,” TRF, Nov. 1, 2011 (que rápido como el rayo soñó con nueva física más allá del modelo estándar); y otros. Por cierto, yo no me molesté en hacerme eco de esta noticia en este blog (aunque escribí un borrador al respecto que quedó inacabado y por eso ahora rescato esta noticia).

La solución del misterio aparece publicada en múltiples sitios: Leandro Cieri, “Diphoton production at NNLO,” Winter School, Ascona, January 27, 2012; Leandro Cieri, “Diphoton production at LHC: 120 < Mγγ < 140 GeV,” Rencontres de Moriond, March 11, 2012; Jonathan M. Butterworth, Guenther Dissertori, Gavin P. Salam, “Hard Processes in Proton-Proton Collisions at the Large Hadron Collider,” Annual Review of Nuclear and Particle Science, arXiv:1202.0583; y otros artículos más recientes.

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