La búsqueda de un bosón de Higgs cargado en los datos de LEP

Dibujo20130111 Type II 2HDM - upper limits on the production cross-section vs charged Higgs mass

El bosón de Higgs del Modelo Estándar podría ser un miembro de la familia de cinco bosones de Higgs (modelo 2HDM) que predice la supersimetría. Entre ellos deben existir dos bosones de Higgs cargados (con carga eléctrica positiva y negativa). El grupo de trabajo de LEP en la búsqueda del bosón de Higgs (LEPHWG) publica ahora su búsqueda en un análisis combinado de sus cuatro detectores ALEPH, DELPHI, L3, y OPAL. Tras analizar 2,6 /fb de colisiones entre 183 GeV c.m. y 209 GeV c.m. se excluye al 95% C.L. una masa menor de 80 GeV/c² para el modelo 2HDM tipo II o de 72,5 GeV/c² para el modelo 2HDM tipo I. Para este rango de masas los datos de LEP son mucho más fiables que los datos obtenidos con colisionadores de hadrones como Tevatrón y LHC. Recuerdo a los despistados que LEP (Large Electron-Positron Collider) era un colisionador electrón contra positrón que ocupaba hace doce años el túnel del CERN que ahora ocupa el LHC. Se habían publicado búsquedas por separado de Higgs cargados, pero esta es la primera vez que dichas búsquedas se combinan de forma oficial. De hecho, es posible que haya nuevos artículos, pues el modelo 2HDM contiene muchos parámetros libres y sólo se ha explorado una parte. El artículo técnico es Aleph, Delphi, L3, OPAL Collaborations, the LEP working group for Higgs boson searches, «Search for Charged Higgs bosons: Combined Results Using LEP Data,» CERN-PH-EP-2012-369, arXiv:1301.6065 [25 Jan 2013, last revised 10 Jun 2013].

Sigue leyendo

Hoy se anunciará en el CERN el descubrimiento del primer fermión supersimétrico de tipo Majorana

Dibujo20121227 same-sign dimuon spectrum 2011 data ATLAS

Muchos ya daban por muerto el Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo (MSSM), pero ahora resurge cual zombie gracias al descubrimiento de la primera partícula de Majorana, un gluino con una masa alrededor de 105 GeV/c². Por ahora el descubrimiento ha de ser tomado con una pizca de sal, ya que la nueva partícula solo ha sido observada en el espectro de pares de muones con el mismo signo en el experimento ATLAS del LHC en el CERN; CMS aún no ha confirmado este gran descubrimiento. Rolf Heuer, director del CERN, no ha sido capaz de convencer a los responsables de la colaboración ATLAS, que ya huelen a Nobel, para retrasar el anuncio hasta la confirmación por su gran competidor, que se espera para febrero de 2013. La figura que abre esta entrada muestra el resultado observado tras analizar 4,7 /fb de colisiones a 7 TeV c.m. de 2011, que ya apuntaba a una posible señal. La nueva figura que se publicará esta tarde se ha obtenido tras analizar 13 /fb de colisiones a 8 TeV c.m. de 2012 y confirma a 5,02 sigmas la señal observada para la nueva partícula con m(μ±μ±)=105 GeV/c².

La blogosfera hierve con la noticia [aquí, aquí, aquí] que, repito por su importancia, será anunciada oficialmente hoy mismo en una rueda de prensa en el CERN a las 19:00 horas. El día 28 de diciembre de 2012 será recordado en todos los libros de historia de la ciencia por el anuncio del descubrimiento de la primera partícula supersimétrica, un gluino. El año 2012, el año del descubrimiento del Higgs y de la primera observación de una partícula de Majorana en un análogo físico de materia condensada, también será el año de la observación del gluino (aunque la confirmación definitiva no se producirá hasta 2013 tras la publicación de los resultados en el espectro dimuónico μ±μ± por parte de CMS). ¡Qué año más apasionante nos espera en 2013!

El análisis de la señal de la nueva partícula es difícil porque el espectro de pares de muones con el mismo signo ha de ser extraído de los eventos con múltiples muones (normalmente 3), lo que ha requerido el desarrollo de nuevos algoritmos de análisis. Os recuerdo a los despistados que en el modelo MSSM basado en una sola supersimetría N=1, los campos gauge bosónicos (fotón y gluón) tienen asociada una superpartícula fermiónica de espín 1/2 que es neutra para la carga eléctrica llamada de forma general gaugino (fotino y gluino). Estos fermiones neutros son partículas de Majorana ya que no tienen componentes quirales y presentan una señal muy clara en el espectro de pares leptones con el mismo signo. Tanto ATLAS como CMS tienen dificultades para determinar el signo de la carga de los electrones/positrones detectados en los calorímetros electromagnéticos, pero pueden hacerlo con éxito para los muones en los espectrómetros muónicos. ¿Puede un gluino de 105 GeV/c² ser responsable de la materia oscura? Por supuesto, de hecho, la sección eficaz calculada para el gluino recién descubrimiento apunta a que XENON100 y CDMS II deberían publicar la primer señal de la materia oscura en una búsqueda directa durante el verano 2013 (si no la observaran sería un duro varapalo para las búsquedas directas de materia oscura).

PS (17:30): Noticia de ultimísima hora. Se confirma que CMS también ha visto la nueva partícula. Rolf Heuer ha convencido en el último momento a Fabiola Gianotti para retrasar el anuncio del descubrimiento de la nueva partícula hasta el 1 de abril de 2013, para que también dé la noticia Joe Incandela. Un lunes que será recordado durante mucho tiempo en los libros de texto…

Según S. S. Abdus Salam el LHC del CERN no podrá refutar el modelo mínimo supersimétrico (MSSM)

La supersimetría introduce gran número de parámetros libres en el modelo estándar de las partículas elementales (más de 100). La extensión supersimétrica más sencilla del modelo estándar se llama MSSM (con conservación de la paridad R). Si el Large Hadron Collider (LHC) del CERN no encuentra la supersimetría en los próximos lustros, ¿se podrá descartar el modelo MSSM? Según S. S. Abdus Salam (no se trata del Premio Nobel de Física 1979 sino de otro físico que trabaja en el CERN), salvo que el bosón de Higgs tenga una masa fuera de los límites aceptables para el MSSM, el LHC del CERN no podrá refutar dicho modelo. Lo ha descubierto gracias a un análisis estadístico de los 20 parámetros más importantes del MSSM (el modelo llamado pMSSM donde el resto de los parámetros se fijan de forma «razonable» a partir de datos cosmológicos). Según Salam, los sistemas de disparo (trigger) de los detectores de los grandes experimentos del LHC, tanto ATLAS como CMS, no serán capaces de explorar todo el espacio paramétrico alcanzable por le modelo MSSM. Quedarán huecos sin explorar que tendrán que esperar a los futuros colisionadores lineales. Más detalles técnicos en S. S. Abdus Salam, «Can the LHC rule out the MSSM ?,» ArXiv, 12 Jun 2011.

En este blog también puedes leer «Humor: Los problemas de la supersimetría tras el primer año de colisiones en el LHC del CERN,» 18 marzo 2011; y «Nuevos límites de exclusión para la supersimetría según CMS y ATLAS del LHC en el CERN,» 17 febrero 2011; entre otros.