Todos los nuevos resultados sobre el bosón de Higgs presentados por CMS y ATLAS (LHC, CERN) en el HCP 2012, Kioto

El resultado más espectacular presentado hoy, en mi opinión, lo ha protagonizado CMS, que nos presenta un resultado combinado con 5,1 /fb a 7 TeV de 2011 más 12,2 /fb a 8 TeV de 2012 para el canal “estrella” H → ZZ. El resultado es un Higgs con una masa de 126,2 ± 0,6 (stat.) ± 0,2 (syst.) GeV/c² observado a 4,5 σ (valor que hay que comparar con el de este verano, solo 3,2 σ), con un cociente entre la señal observada y la señal esperada para el modelo estándar de μ = 0,8 ± 0,35, en completo acuerdo con el modelo estándar. Lo más interesante es la figura de abajo que muestra un análisis del espín y la paridad de la partícula observada; con 2,45 σ la señal de CMS corresponde una partícula escalar (espín 0+) y con solo 0,53 σ a una partícula pseudoescalar (espín 0-). Finalmente, se excluye cualquier otro Higgs con masas entre 113 y 116, y entre 129 y 720 GeV/c². Un gran resultado de CMS que nos cuenta  Alexey Drozdetskiy (CMS Collaboration), “A Search for the Standard Model Higgs Boson Decaying to ZZ at CMS,” HCP2012, Kyoto, 14 Nov 2012 [slides].

El resultado espectacular del día es el resultado combinado para la desintegración en dos bosones (WH y ZH) obtenido por ATLAS. Con una significación estadística de 4,0 σ se obtiene un resultado compatible con el bosón de Higgs del modelo estándar con μ = 1,09 ± 0,20 (stat) ± 0,22 (syst). Este resultado aparece en el lugar más inesperado, la charla sobre el canal H→bb impartida por Philip James Clark (ATLAS collaboration), “Higgs to bb in ATLAS,” HCP2012, Kyoto, 14th Nov. 2012 [slides].

La gran decepción ha sido el canal difotónico, H→γγ, ni CMS ni ATLAS han presentado nuevos resultados, repitiendo lo ya conocido del verano pasado. Una pena. Para muchos, una gran pena. Los rumores de que CMS no ve el exceso observado en este canal seguirán siendo rumores, pues lo único que nos presenta Nancy Marinelli (CMS Collaboration), “Search for the Standard Model Higgs boson decaying in two photons,” HCP 2012, Kyoto, 14 Nov 2012 [slides], se resume en su segunda transparencia (que muestro arriba). Ya os dije ayer que la charla de Marcos Jiménez (ATLAS Collab), “Search for the Higgs boson in the di-photon decay channel with ATLAS detector,” HCP2012, 14 Nov. 2012 [slides] tampoco había presentado nada nuevo. Lo repito, una pena. Habrá que esperar a diciembre. La verdad es que los análisis ciegos que se están realizando tienen este problema. No destapas los datos hasta el último momento y como haya algo raro no te da tiempo a digerir el resultado e interpretarlo adecuadamente. Por ello habrán decidido esperar un poco para presentar en público los resultados más esperados. Lo que siempre digo, ya os mantendré informados de lo que ofrezcan en su momento. Por ahora, centrémonos en los demás canales.

ATLAS tampoco presenta ninguna actualización en el canal H → ZZ (arriba un evento candidato a H → ZZ → eeee). La charla de Anthony Morley (ATLAS collaboration), “Search for the SM Higgs boson in the decay channel H→ZZ(*) in ATLAS,” HCP2012, Kyoto, Nov. 14 th 2012 [slides], es muy similar a la que se podría haber impartido este verano. Tras analizar 4,8 /fb a 7 TeV de 2011 y 5,8 /fb a 8 TeV de 2012 observan a 3,6 σ un Higgs a 125 GeV (mejor de lo esperado que eran 2,7 σ); el ajuste con el modelo estándar (como ya sabíamos desde este verano) es μ = 1,4 ± 0,6 (en perfecto acuerdo).

Sin embargo, ATLAS nos presenta una actualización del canal H → WW → ℓνℓν (arriba un evento candidato a H → WW → eνμν), aunque solo con 13 /fb de colisiones a 8 TeV cm, sin combinar con los 5 /fb de colisiones a 7 TeV cm obtenidos en 2011. En julio, con unos 10 /fb de colisiones de 2011 y 2012 obtuvieron 2,8 σ. Ahora obtienen otra vez 2,8 σ, con un valor de μ = 1,5 ± 0,6, un resultado muy similar, aunque con una señal más clara del Higgs en este canal, al ya publicado en julio. Como en julio, el resultado apunta al Higgs del modelo estándar. Peter Onyisi (ATLAS Collaboration), “Latest H WW → (*) Results from ATLAS,” HCP2012, Nov. 14, 2012 [slides].

Al contrario que ATLAS, el experimento CMS no decepciona y presenta lo esperado, una combinación de datos de 2011 (4,9 /fb a 7 TeV) y 2012 (12,1 /fb a 8 TeV), totalizando 17 /fb de colisiones. El resultado son  3,1 σ en el canal H → WW → ℓνℓν, como muestra la figura de abajo. ¿Por qué CMS ve una señal similar a ATLAS pero con más colisiones? Por una fluctuación estadística en contra, ya que esperaban obtener 4,1 σ; además, ATLAS ha tenido una fluctuación a favor, esperaban 1,9 σ; la estadística es así, algunos tienen suerte y otros no (recuerda el que se comió un pollo). Para un Higgs a 125 GeV, CMS obtiene un valor de μ = σ/σSM = 0,74 ± 0,25, igual que el de ATLAS, compatible con un bosón de Higgs del modelo estándar. Además se excluye la existencia de cualquier otro bosón de Higgs en el intervalo entre 128 y 600 GeV. Nos ha presentado estos resultados P. Dudero (CMS Collaboration), “Search for Higgs decaying to WW at CMS,” HCP2012, Kyoto, 14 Nov. 2012 [slides].

Ya discutí ayer el resultado de CMS en el canal ditau (“Se observa por primera vez el bosón de Higgs en un canal fermiónico (H→ττ)“). ATLAS también ha observado una señal del Higgs (un pequeño exceso de menos de 2 σ) en este canal tras analizar 4,6 /fb a 7 TeV de 2011 y 13 /fb a 8 TeV de 2012, como muestra la figura de arriba. Con el número de colisiones analizadas no se puede esperar más, pero incluso este pequeño exceso permite chequear la hipótesis de que el Higgs observado corresponda al del modelo estándar y el resultado, mostrado arriba a la derecha, es un acuerdo con menos de 1 σ. El cociente entre la señal observada y la predicha por el modelo estándar es de μ =0,7 ± 0,7, en acuerdo con el valor μ = 1, aunque aún con mucha incertidumbre. Más información en Koji Nakamura (ATLAS collaboration), “Hττ in ATLAS,” HCP2012, Kyoto, 14 Nov. 2012 [slides].

El otro canal esperado por todo el mundo es el canal fermiónico H→bb (la desintegración de un Higgs en un par de quarks bottom). Como en el caso anterior, la estadística no engaña y este canal no tiene sensibilidad suficiente para “descubrir” el Higgs, pero la comparación entre el exceso observado y el esperado por el modelo estándar nos permite extraer información muy interesante. El Tevatrón observó un exceso con 2,8 σ, la única evidencia hasta hoy sobre el Higgs en este canal. CMS ha observado un exceso con 2,2 σ para un Higgs con 125 GeV compatible con el modelo estándar μ = 1,3 ± 0,7, como muestra la figura de arriba. Sin embargo, ATLAS no observa ningún exceso en este canal, pero debemos ser cautos, como aún no es sensible es de esperar que pasen estas cosas. Las transparencias de las charlas son Roberval Walsh (CMS Collaboration), “Searches for Higgs bosons decaying to bbbar in CMS,” HCP2012, Kyoto, 14 Nov. 2012 [slides], y Philip James Clark (ATLAS collaboration), “Higgs to bb in ATLAS,” HCP2012, Kyoto, 14th Nov. 2012 [slides].

En resumen, ATLAS ha actualizado los datos del verano pasado en los canales H→bb, H→ττ, y H→WW* con 13 /fb de colisiones a 8 TeV de 2012. El Higgs ha sido observado claramente en los canales H→γγ, H→ZZ*, y H→WW*, pero en los canales H→bb y H→ττ aún no hay estadística suficiente (solo se observan excesos en el segundo). Combinando todos estos canales se obtiene un cociente entre el valor observado y el predicho de μ = 1,3 ± 0,3, en completo acuerdo con el modelo estándar (a falta de los nuevos resultados no publicados aún del canal H→γγ). La masa del Higgs según ATLAS es de 126,0 ± 0,4 (stat) ± 0,4 (syst) GeV/c². La información va siendo publicada con cuentagotas, pero lo más importante es que los análisis se hagan bien y las conclusiones publicadas sean rigurosas, así que vale la pena esperar. Más información en detalle (para los expertos) en Haijun Yang (ATLAS Collaboration), “Higgs Property Measurement with ATLAS,” HCP2012, Kyoto, 14 Nov. 2012 [slides].

En resumen, CMS ha presentado nuevos resultados mucho más interesantes que los de ATLAS. Se han actualizado los análisis en los canales H→ZZ*, H→WW*, VH→bb, y H→ττ, quedando sin actualizar los canales H→γγ, y ttH→bb (habrá que esperar hasta el próximo mes). La combinación de todos estos canales nos ofrece una masa de 125,8 ±0,4 (stat) ± 0,4 (syst) GeV/c², más próxima al valor de ATLAS que el resultado obtenido el pasado verano. CMS ya ha observado un Higgs con 6,9 σ, que corresponde al del modelo estándar con μ = σ/σSM = 0,88 ± 0,21. Además, se puede excluir que el Higgs tenga espín 2 (gravitón), o sea una partícula pseudoescalar (0-) con 2,5 σ, confirmando la predicción del modelo estándar de un Higgs escalar (0+). Además, se excluye un Higgs fermiófugo con más de 4 σ. Más detalles técnicos para los más osados en Marco Zanetti (CMS collaboration), “Anatomy of the observed Higgs boson candidate at CMS,” HCP2012, Kyoto, 14 Nov 2012 [slides ppt].

 En resumen, a falta de la información en canal difotónico, todo apunta a la confirmación del bosón de Higgs del modelo estándar. Quedan muchos análisis que realizar y aún se siguen recabando colisiones en el LHC, pero los que esperaban señales de nueva física tendrán que esperar todavía un poquito.

PS: Más información en otros blogs. Philip Gibbs, “Higgs at HCP2011,” viXra log, Nov. 14, 2012; Tommaso Dorigo, “Higgs: New ATLAS And CMS Results,” y “CMS And ATLAS: Higgs To Tau Pairs!,” AQDS, November 14th 2012; Peter Woit, “New Higgs Results,” NEW, Nov. 13-14, 2012.