La semana pasada se publicó que el experimento ATLAS del LHC en el CERN había observado la desintegración del bosón de Higgs en pares de leptones tau a 4,1 sigmas. Hoy mismo, a las 11:00 AM, hora de Madrid, el experimento CMS del LHC ha anunciado la observación de la desintegración del Higgs en pares de leptones tau a 3,4 sigmas y en pares de quarks bottom a 2,1 sigmas, lo que significa una observación de la desintegración del Higgs en fermiones a 4,0 sigmas. Combinando este resultado con el obtenido por ATLAS (que no ha observado el Higgs usando quarks bottom) se obtienen 5,7 sigmas para la observación del Higgs usando fermiones en el LHC (como reza el titular). PS (04 Dec 2013): El artículo técnico es CMS Collaboration, “Measurement of Higgs boson production and properties in the WW decay channel with leptonic final states,” CERN CDS, 04 Dec 2013.
Observar el Higgs en otros canales fermiónicos, como la desintegración en pares de muones o de electrones está más allá de la sensibilidad que permiten los 5,0 /fb de colisiones a 7 TeV c.m. acumuladas en 2011 y los casi 20 /fb de colisiones a 8 TeV c.m. acumuladas en 2012. El pasado 4 de julio de 2012, cuando se anunció el descubrimiento del Higgs, la única información sobre su desintegración en fermiones provenía de los experimentos CDF y DZero en el Tevatrón del Fermilab; en concreto, a 3,1 sigmas, lo que significa que la combinación LHC+Tevatron ha observado el Higgs usando fermiones a 6,5 sigmas.
Más información técnica en Monica Vazquez Acosta (Imperial College London), “Direct Measurement of the Higgs Boson Fermionic Couplings at CMS,” LHC Seminar, 03 Dec 2013 [slides pdf]. Más información en “CMS presents evidence for Higgs decays to fermions,” CMS News, 02 Dec 2013. Recomiendo leer mi entrada anterior “Por fin se redescubre el Higgs usando fermiones (leptones tau),” LCMF 26 Nov 2013.
Este suceso del domingo 25 de noviembre de 2012 a las 00:15:46 CEST, muestra un (candidato a) Higgs que decae en un pareja de leptones tau, uno de los cuales decae en un muón (detectores en rojo en la esquina superior derecha de la imagen) y un neutrino (invisible a los detectores), y el otro en un chorro hadrónico (histogramas en azul y rojo en la parte de abajo de la imagen) y otro neutrino (también invisible).
Como siempre, debes recordar que este tipo de sucesos son candidatos a Higgs pues en física de partículas nunca se puede estar seguro al 100% de que la interpretación realizada sea correcta; la estadística nos dice que cierto número de sucesos en exceso sobre un fondo predicho por la teoría deben ser de tipo Higgs, pero no sabemos si uno concreto lo es, o por el contrario es un suceso de fondo. Este suceso en concreto ha sido elegido por la colaboración CMS porque representa muy bien los sucesos tipo Higgs que se espera observar.
Esta figura muestra que la relación señal ruido para la observación del Higgs en el canal de desintegración en dos leptones tau. Se ve claramente que el fondo (el ruido) es enorme (unos miles de sucesos), mientras que la señal observada (de unas decenas de sucesos) es pequeña pero corresponde bien a las predicciones de la teoría para un Higgs; por ello sólo se ha alcanzado una confianza estadística de 3,4 sigmas. La observación del Higgs con muones y con electrones tendrá que esperar al reinicio de las colisiones protón contra protón en el LHC en 2015.
Por ahora todo confirma que hemos observado el bosón de Higgs predicho por el modelo estándar, aunque los datos actuales permiten incorporar pequeñas desviaciones. Caso de que fueran observadas en el futuro, la física del Higgs nos abriría la puerta hacia nueva física más allá del modelo estándar.
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