El Tevatrón del Fermilab incrementa su señal del bosón de Higgs hasta 2,5 sigmas

No es un gran avance, pues la estadística no permite un descubrimiento del bosón de Higgs en el Tevatrón del Fermilab, Chicago, EE.UU. Sin embargo, para los físicos son buenas noticias que la combinación de los datos de los detectores del Tevatrón, CDF y DZero, incremente los indicios sobre un bosón de Higgs hasta 2,5 sigmas (aún muy lejos de las 5 sigmas necesarias para proclamar un descubrimiento); lo más importante es que considerando solo el canal H→bb se obtienen 2,9 sigmas para el Higgs (un resultado muy importante cuando Philip Gibbs combine este canal con los resultados que se publiquen en el LHC). Para ver la importancia de este valor hay que recordar que en febrero de 2012 los indicios eran a solo 2,2 sigmas. Pasar de 2,2 a 2,5 sigmas no es un gran avance pero hay que tener en cuenta a que solo se ha realizado un reanálisis de los mismos datos recabados por el Run II del Tevatrón, entre 2001 y 2011, unos 12 /fb de colisiones protón-antiprotón a 1,96 TeV en el centro de masas, de los que se han grabado en disco en CDF y DZero unos 10 /fb (se lee inversos de femtobarn y es una medida del número total de colisiones). Nos lo están contando [han contado] ahora mismo vía video streaming y nos lo ha avanzado Tommaso Dorigo en “A 2.5 Sigma Higgs Signal From The Tevatron !,” AQDS, July 2nd 2012. Os recuerdo que Tommaso es físico de la colaboración CDF (y también de CMS en el LHC del CERN). Las figuras que abren esta entrada son las publicadas hoy (junio de 2012) y la publicada en febrero de 2012. Como podéis comprobar los cambios son muy pequeños. El resultado del Tevatrón es muy interesante, pero prácticamente no ha cambiado. Por cierto, Philip Gibbs se ha alegrado mucho de la señal a 2,9 sigmas en el canal dibottom, como nos cuenta en “Tevatron squeeze 2.9 sigma Higgs Signal,” viXra log, July 2, 2012.

Como nos cuenta Tommaso, para una Higgs con una masa de 125 GeV la teoría predice la producción de unos 2300 bosones de Higgs en un total de 10 /fb de datos de colisiones (en concreto, en el modo de producción WH tenemos N(WH) = 150 fb * 10 / fb = 1500, y en el modo ZH tenemos N(ZH) = 80 fb * 10 /fb = 800). La mayoría de estos bosones de Higgs se desintegran en el canal H→bb, un par de quarks bottom-antibottom, con un momento cada uno de unos 60 GeV que se materializan en dos chorros de hadrones, fáciles de detectar, pero que tienen un gran fondo de ruido (el background predicho por el modelo estándar es muy alto), lo que impide utilizar este canal con precisión. Sin embargo, este es el canal estrella para la observación de un Higgs con 125 GeV en el Tevatrón, ya que las desintegraciones WH→Wbb y ZH→Zbb en el LHC tienen muchísimo más ruido de fondo. Aún así, el Tevatrón tiene una resolución en el canal H→bb de solo unos 15 GeV, lo que quiere decir que si el Higgs tiene una masa de 125 GeV, el Tevatrón debería observar un exceso entre 110 y 140 GeV, como así es. Por ello, solo ha podido excluir un Higgs con menos de 103 GeV y con masa entre 147 y 180 GeV, cuando por el número de colisiones analizados, si no existiera el Higgs, se esperaba excluir masas menores de 120 GeV y entre 139 y 184 GeV. Obviamente, esto nos da confianza en la existencia del Higgs pero es una prueba muy alejada e indirecta.

Esta figura ilustra muy bien lo que he comentado en el párrafo anterior. Muestra lo que se ha observado (punto negro) y lo que se espera observar según la teoría en el canal Vbb. La señal de un Higgs corresponde a los en los canales WH→Wbb y ZH→Zbb que aparece en la figura combinados en verde. El fondo para esta búsqueda son las desintegraciones WZ (en color rojo) y ZZ (en color amarillo). Basta una ojeada rápida a la figura para comprobar que la relación señal-ruido es muy mala y por ello no podemos saber si en los datos observados se esconden un Higgs o no lo hace. Aún así, se han obtenido dos 2,5 sigmas de significación para la hipótesis de que existe un Higgs, que no es moco de pavo con una señal-ruido tan mala.

Los otros modos de desintegración del Higgs que se pueden estudiar en el Tevatrón son el canal WW (la desintegración en un par de bosones W que acaban en cuatro leptones, dos de ellos son neutrinos, que se observan como una pérdida de energía), el canal ZZ (la desintegración en un par de bosones Z y luego en cuatro leptones) y el canal γγ (la desintegración en un par de fotones). En todos estos canales, en especial el último, el Tevatrón no puede competir con el LHC. Como muestra esta figura, las bandas de error para estos canales son mucho más grandes que para el canal bb con lo que su utilidad en una combinación oficiosa con los datos del LHC es bastante reducida.

En resumen, los resultados del Tevatrón son muy interesantes para una futura combinación (oficiosa por ahora) de Tevatrón + LHC, pero por sí solos nos aportan poca información en relación a lo que se publicará este miércoles 4 de julio. Aún así, hay que felicitar a los investigadores de CDF y DZero que han desarrollado algoritmos para estrujar los datos del Tevatrón y sacar hasta la última gota. Su labor será de gran utilidad en el futuro, aunque en la búsqueda del bosón de Higgs el único chico en la ciudad es el LHC del CERN.

Ya ha acabado la presentación y os dejo con una foto (borrosa) de los dos conferenciantes (justo antes de acabar; que me perdonen por no haber salido muy favorecidos, pero no estuve atento a este detalle hasta el final).

PS: Por cierto, Peter Higgs estará en el CERN el miércoles, junto a Frank Close (@closefrank) que ha tomado la siguiente foto (de una cena de anoche entre amigos). Por cierto, ¿reconoces a los que acompañan a Higgs? Usa los comentarios para proponer tu respuesta… Para ayudaros en la foto de más abajo tenéis a Higgs y Close en el aeropuerto de Palermo camino de Ginebra (no quieren faltar el miércoles a la rueda de prensa que se dará en el CERN).

PS: Todas las figuras publicadas hoy en el Tevatrón sobre la búsqueda del Higgs aparecen en esta página web “Tevatron New Phenomena & Higgs Working Group” bajo el título de “Updated Combination of CDF and DØ’s Searches for Standard Model Higgs Boson Production with up to 10.0 fb-1 of Data,” June 2012. Resumiendo al máximo, se excluye al 95% C.L. el Higgs del modelo estándar con una masa mH entre 147 y 180 GeV/c2, y entre 100 y 103 GeV/c2 (recuerda que LEP 2 lo excluyó por debajo de 114,4 GeV/c2 ). Se observa un exceso con una significación estadística de 2,5 σ que podría ser interpretado como un Higgs con una masa entre 115 y 135 GeV/c2. Y lo que es más importante, existe un exceso con una significación de 2,9 σ en la combinación de CDF y DZero para los canales H→bb. La combinación con los demás canales estudiados, H→W+W, y H→γγ, reduce esta significación a solo 2,5 σ.

PS (3 julio 2012): La nueva combinación oficiosa de Philip Gibbs LHC+Tevatrón+LEP muestra una señal alrededor de 12,5 GeV con 4,39 sigmas de significación estadística local. Como muestra la figura de abajo.

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3 pensamientos en “El Tevatrón del Fermilab incrementa su señal del bosón de Higgs hasta 2,5 sigmas

  1. El del bigotito, justo detrás de Higgs, es Gerard ‘t Hooft.

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