Nuevos resultados indican que la partícula descubierta es un bosón de Higgs
CPAN/DICYT Las colaboraciones ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) presentaron hoy en la conferencia de Moriond (Italia) nuevos resultados que aclaran más la naturaleza de la partícula descubierta el año pasado. Tras analizar una cantidad de datos dos veces y media mayor que la disponible para el anuncio de julio, los científicos de ATLAS y CMS observan que la nueva partícula se parece cada vez más a un bosón de Higgs, la partícula asociada al mecanismo que da masa a las partículas elementales. Sin embargo, sigue sin resolverse si es el bosón de Higgs del Modelo Estándar de Física de Partículas, o posiblemente el más ligero de una serie de bosones predichos por algunas teorías que van más allá del Modelo Estándar. Encontrar la respuesta llevará más tiempo.
Si es un bosón de Higgs o no se demuestra por cómo interactúa con otras partículas y por sus propiedades cuánticas. Por ejemplo, se cree que un bosón de Higgs tendría espín 0, una propiedad que define las partículas, y su paridad, otra de sus propiedades que mide cómo se comporta su imagen especular, debe ser positiva. CMS y ATLAS han comparado un número de opciones del espín y la paridad de la nueva partícula, y todas ellas muestran una preferencia hacia un espín 0 y una paridad positiva, características compatibles con un bosón de Higgs.
“Los resultados preliminares con el conjunto de datos de 2012 son magníficos. Para mí está claro que se trata de un bosón de Higgs, aunque todavía queda un largo camino para saber qué tipo de bosón de Higgs es”, declaró el portavoz de CMS Joe Incandela.
“Los nuevos resultados representan un gran esfuerzo de mucha gente”, dijo el portavoz de ATLAS Dave Charlton. “Todos apuntan a que la nueva partícula tiene un espín y paridad como un bosón de Higgs. Ahora empezamos con el programa de medición en el sector del Higgs”.
Para determinar si es el bosón de Higgs del Modelo Estándar, las colaboraciones ATLAS y CMS tienen que medir con precisión la tasa en la que el bosón se desintegra en otras partículas y compararla con las predicciones teóricas. La detección de este bosón es un suceso muy raro, ocurre alrededor de cada billón de colisiones protón-protón. Caracterizar todos los modos en los que se desintegra requerirá muchos más datos del LHC.
Grupos españoles en el LHC
En el LHC participan más de 200 científicos de 10 centros de investigación españoles. En ATLAS participan el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, centro mixto CSIC y la Universitat de València), el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CNM-IMB-CSIC), Institut de Fisica d'Altes Energies (IFAE, consorcio Generalitat de Catalunya y Universitat Autònoma de Barcelona) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).
En CMS participan el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, centro mixto del CSIC y la Universidad de Cantabria), la Universidad de Oviedo (UO) y la UAM.
CMS ha analizado el conjunto completo de datos recogidos con el LHC funcionando a 7 y 8 TeV durante los dos últimos años, cerca de 25 femtobarn inversos en total, y ha presentado numerosos resultados en la conferencia de Moriond (ver aquí y aquí). Entre los más destacados se encuentran los relacionados con el bosón de Higgs.
Se han presentado nuevos resultados en varios canales de desintegración. En el caso del Higgs desintegrándose a dos bosones Z, los resultados presentados son esenciales para determinar el espín y la paridad de la nueva partícula, mostrando que dichos datos son consistentes con la hipótesis de que tiene espín 0 y paridad positiva. La significación estadística de los resultados en este canal es de 6,7 sigmas, midiendo una masa para la nueva partícula de 125,8 GeV.
En el caso del canal gg, CMS ha medido una masa de 125,4 GeV y una significación estadística próxima a 4 sigmas. En el caso del canal WW, CMS observa un exceso en la misma región de masa, con una significancia de 4 sigmas. En el caso del canal tau-tau, se ha presentado una observación con una significancia de 2,7 sigmas a 125 GeV, lo que muestra evidencia adicional de que la partícula descubierta se comporta como el Higgs del Modelo Estándar.
En los análisis de los canales de desintegración del bosón de Higgs a bosones ZZ y WW se ha contado con importante participación de los cuatro grupos españoles en CMS.
La colaboración ATLAS ha presentado nuevos resultados en el estudio del nuevo bosón basados en la totalidad de los datos acumulados por el experimento en 2011 y 2012, cuando se produjeron colisiones entre protones con energías de 7 TeV y 8 TeV, respectivamente. En particular, los resultados en los canales de desintegración del Higgs con dos fotones o cuatro leptones en el estado final establecen de forma independiente una señal clara (con una significación estadística superior a 6 sigmas en cada caso), y compatible con la hipótesis de la presencia de un bosón de Higgs con masa alrededor de 125,5 GeV. Una señal tipo Higgs también se observa en el canal con dos partículas W en el estado final, con una significancia de 3,8 sigmas. En todos los casos, la magnitud de la señal es compatible un bosón de Higgs.
Además, las medidas de sus números cuánticos de espín y paridad refuerzan la hipótesis de que se trate del bosón de Higgs, ya que los datos favorecen a un bosón con espín 0 y paridad positiva. Sin embargo, serán necesarios más datos y análisis para establecer la presencia del bosón de Higgs en canales con leptones pesados (taus) y quarks (bb) en el estado final. Algunos de estos resultados se presentarán en la conferencia Large Hadron Collider Physics Conference, que tendrá lugar en Barcelona en mayo.
Los grupos españoles en el experimento ATLAS contribuyen significativamente al estudio del bosón de Higgs en sus diferentes canales y en la búsqueda de física más allá del Modelo Estándar.