Nuevos resultados sobre el bosón de Higgs en Moriond EW 2013

Dibujo20130306 diphoton higgs atlas 2011-2012

Hoy se han presentado en Moriond EW 2013 los primeros análisis de colisiones sobre el Higgs que comprenden todos los datos recabados en el LHC durante 2011 y 2012. Todos esperábamos la actualización del canal difotónico (H→γγ) tanto en CMS como en ATLAS, pero CMS mantendrá el suspense hasta la semana que viene (como pronto). ATLAS ha observado en este canal con 7,4 σ un Higgs con una masa de 126,8 ± 0,2 ± 0,7 GeV/c² (el error está dominado por los sistemáticos) con μ = 1,65 ± 0,24 ± 0,25 (para el Higgs del modelo estándar debería ser μ = 1). La razón de este exceso todavía no es conocida. A falta de datos de CMS, no merece la pena realizar conjeturas. Fabrice Hubaut (ATLAS), “Latest ATLAS studies on Higgs to diboson states,” Moriond EW, 06 Mar 2013 [slides], y Guillelmo Gomez-Ceballos (CMS), “Study of Standard Model Scalar Production in Bosonic Decay Channels in CMS,” Moriond EW, 06 Mar 2013 [slides]. Los interesados en ver los vídeos de las charlas pueden seguir el siguiente enlace. Más información de los resultados de CMS presentados en Moriond en “New CMS results at Moriond (Electroweak) 2013.”

Dibujo20130306 diphoton higgs atlas mu by category

El exceso en el canal difotónico es una gran alegría para todos los físicos teóricos pues mantiene abierta la veda para la caza de nueva física más allá del modelo estándar. Sin embargo, tenemos que ser cautos. Por un lado, la magnitud del exceso está disminuyendo (en diciembre, ATLAS observó un valor μ = 1,8 ± 0,4 que ha disminuido ahora a μ = 1,65 ± 0,3; los rumores son que el exceso también ha disminuido un poco en CMS). Por otro lado, el exceso sigue siendo una fluctuación a sólo 2 sigmas y este tipo de fluctuaciones son muy habituales tras el análisis de grandes cantidades de colisiones. Por ello, como ya sabéis, mi opinión es que el exceso no es “real” sino un error sistemático asociado al análisis de la predicción teórica del modelo estándar (aunque quizás no desaparezca hasta que se utilicen las estimaciones teóricas 2γN³LO para el proceso H→γγ, en lugar de las actuales 2γNNLO; recuerda que para un Higgs a 125 GeV, el cociente entre el cálculo 2γNNLO y 2γNLO fue de 1,55 [más información]). Animación en fichero GIF de cómo se han obtenido los resultados en ATLAS (muy curiosa).

Dibujo20130306 cms atlas h zz 4leptons mass events and strength

El canal estrella para la búsqueda del Higgs, el canal H→ZZ→4l, ofrece una señal aún más clara del Higgs con 6,6 σ en ATLAS y 6,7 σ en CMS, aunque para una partícula con masa diferente, 125,8 ± 0,5 ± 0,2 GeV/c² en CMS y 124,3 ± 0,6 ± 0,5 GeV/c² en ATLAS. La señal de CMS apunta a un Higgs del modelo estándar (μ = 0,91 ± 0,3), mientras que la señal de ATLAS sigue mostrando dos “picos” para el Higgs (en este canal difiere respecto al canal difotónico y respecto a CMS en este mismo canal). La señal de CMS apunta al Higgs del modelo estándar, pero la de ATLAS difiere bastante, lo que apunta a que debe haber alguna fluctuación estadística en el análisis (como estos datos son preliminares, quizás se puede descubrir el origen en las próximas semanas).

Dibujo20130308 higgs lhc data - december 2012 vs march 2013

Como muestran estas dos tablas (fuente de la de arriba y fuente de la de abajo), los nuevos datos sobre el Higgs tienden a confirmar que se trata del bosón predicho por el modelo estándar. Cada día que pasa, las propiedades del nuevo bosón se parecen más a las predichas por la teoría. La semana que viene, en Moriond QCD, habrá nuevos datos sobre el Higgs (lo más esperado son los datos del canal difotónico en CMS). El acoplamiento del bosón observado a fermiones sólo había sido observado en el Tevatrón, pero ahora también se ha confirmado en el LHC. Por ejemplo, ATLAS y CMS han  observado su desintegración en dos leptones tau. En el LHC no es fácil observar la desintegración en un par de quarks bottom (pues el fondo de ruido es muy grande), pero en el Tevatrón la señal en este canal parece muy clara (unas 3 sigmas).

¿Cuándo la dirección el CERN dará su brazo a torcer y reconocerá que se ha descubierto el bosón de Higgs del modelo estándar? En mi opinión, será en julio, durante la conferencia EPSHEP 2013, Estocolmo, Suecia. Esta conferencia en la ciudad que concede los Premio Nobel será el lugar ideal para realizar este anuncio (pues en mi opinión el Premio Nobel de Física de 2013 está claro que será concedido al descubrimiento del Higgs). Lo cierto es que la combinación de los datos de LEP, Tevatrón y LHC no deja casi lugar a dudas: las desviaciones respecto a las predicciones teóricas, de existir, son muy pequeñas. ¿Cuándo se publicará por primera vez una combinación oficial LEP+Tevatron+LHC? La combinación oficiosa deja muy claro que el nuevo bosón es el Higgs.