La búsqueda del bosón de Higgs en el canal difotónico

Dibujo20130301 higgs decay in two photons at lhc

El 4 de julio de 2012 se anunció el descubrimiento de un nuevo bosón “tipo Higgs” que se desintegra en dos fotones (H→γγ) más de lo esperado para el bosón de Higgs del modelo estándar (SM). El exceso en el canal γγ observado por el experimento ATLAS del LHC fue de μ=1,9 ± 0,5 (para el Higgs SM debe ser μ=1), exceso que permitió su descubrimiento temprano con 4,5 σ sólo en este canal para una masa de 126,5 GeV/c² (en ausencia de este exceso se hubiera observado sólo a 2,4 σ para dicha masa, por lo que sin el exceso no se hubiera confirmado el descubrimiento); por comparar, en CMS el exceso fue de μ=1,56 ± 0,43 con una evidencia de 4,1 σ para un Higgs con masa de 125 GeV/c². A día de hoy (tras analizar 4,8 /fb de colisiones a 7 TeV c.m. y 13 /fb a 8 TeV c.m.) el exceso en ATLAS es de μ=1,80 + 0,42 − ­0,36, permitiendo un descubrimiento del bosón “tipo Higgs” con 6,1 σ para una masa de 126,6 ± 0,3 (stat) ± 0,7 (syst) GeV/c²; el nuevo dato para CMS aún no ha sido publicado. La semana que viene se publicará el resultado tras el análisis de todas las colisiones de 2012 (unos 20 /fb a 8 TeV c.m.), lo que implica un 75% más de colisiones en el canal γγ. Los rumores apuntan a que el exceso no ha desaparecido, aunque ha decrecido un poco, pero ya se sabe que los rumores son solo eso, rumores. Me ha gustado la discusión del análisis en ATLAS del canal difotónico presentada por Maud Schwoerer (ATLAS Collaboration), “Recent results on Higgs to γγ at ATLAS,” Les Rencontres de Physique de La Vallée d’Aoste, 27 Feb 2013 [slides].

Dibujo20130301 higgs atlas signal strength depending on category

El valor del exceso μ (cociente entre el número de sucesos observados y el número de sucesos predicho por el modelo estándar) es una combinación estadística de diferentes valores dependiendo del tipo de suceso con dos fotones (en ATLAS se clasifican en nueve categorías que a su vez se combinan en tres, como muestra la figura de arriba). Los errores experimentales, sistemáticos y teóricos de cada uno de estos valores es diferente. En los análisis del canal difotónico que se publicarán la próxima semana en Moriond se han introducido una serie de mejoras, además de la adición de nuevos datos de colisiones. Aún no sabemos cómo afectarán estos cambios a las categorías que ofrecen un valor más grande del exceso μ, pero bastaría que el correspondiente valor se reduzca para que la combinación total sea cada vez más compatible con el modelo estándar.

Dibujo20130301 higgs production - 10 higgs per minute at lhc in 2012

Dibujo20130301 higgs atlas main experimental systematics and theoretical errors

Obviamente, la mayoría de los físicos teóricos agradecerá que el valor de μ en el canal difotónico no se reduzca mucho, pues se trata de una señal clara de física más allá del modelo estándar. Lo más sencillo es asumir que existen nuevas partículas que aparecen en el bucle “triangular” de desintegración H  → γγ, o en el de producción  gg → H, quizás un stop o un stau (superpartículas de tipo bosón asociadas al quark top y al leptón tau). El año pasado se han propuesto muchas alternativas y este año seguirán apareciendo muchas más. La semana que viene promete ser apasionante.

Dibujo20130301 higgs production and decay via MSSM

Esta última figura está extraída de Ulrich Haisch (University of Oxford), “Flavor Physics Beyond the Standard Model,” Les Rencontres de Physique de la Vallée d’Aoste, La Thuile, Aoste Valley, Italy, 27 Feb 2013 [slides].

En mi opinión, la razón del exceso en el canal difotónico podría ser más prosaica, un cálculo erróneo de las estimaciones teóricas para la producción de dos fotones utilizando la QCD. Las correcciones 2γNNLO pQCD difieren bastante de las 2γNLO cuando la masa invariante del par de fotones es pequeña. Ha habido avances recientes en dichos cálculos y no estoy seguro si ya habrán sido incorporados en los programas de análisis de las colisiones que se presentarán en Moriond (quizás haya que esperar a los resultados que se publiquen el próximo verano). Más información sobre estos cálculos en Leandro Cieri, “NNLO QCD results for diphoton production at the LHC and the Tevatron,” Les Rencontres de Physique de la Vallée d’Aoste, 26 Feb 2013 [slides] y en Stephen Gibson (ATLAS Collaboration), “ATLAS measurements of photons, jets and subjets,” CERN CH-1211, 27 Feb 2013. Los cálculos a N³LO no parece que vayan a estar disponibles en 2013, pero se está progresando bastante, como nos cuenta Massimiliano Grazzini (University of Zurich), “QCD and Higgs physics: theoretical issues,” XXVII Rencontres de Physique de la Vallée d’Aoste, 26 Feb 2013 [slides].

Anuncios

2 pensamientos en “La búsqueda del bosón de Higgs en el canal difotónico

Los comentarios están cerrados.