La búsqueda del bosón de Higgs fue un esfuerzo de 40 años por parte de los físicos para probar la existencia o no existencia del bosón de Higgs , teorizado por primera vez en la década de 1960. El bosón de Higgs fue la última partícula fundamental no observada en el Modelo Estándar de física de partículas , y su descubrimiento fue descrito como la "verificación final" del Modelo Estándar. [1] En marzo de 2013, se confirmó oficialmente la existencia del bosón de Higgs. [2]
Esta respuesta confirmada demostró la existencia del hipotético campo de Higgs, un campo de inmensa importancia que se hipotetiza como la fuente de ruptura de simetría electrodébil y el medio por el cual las partículas elementales adquieren masa . [Nota 1] La ruptura de la simetría se considera probada, pero confirmar exactamente cómo ocurre esto en la naturaleza es una pregunta importante sin respuesta en la física . La prueba del campo de Higgs (mediante la observación de la partícula asociada) valida la parte final no confirmada del Modelo Estándar como esencialmente correcta, evitando la necesidad de fuentes alternativas para el mecanismo de Higgs.. Es probable que la evidencia de sus propiedades afecte en gran medida la comprensión humana del universo y abra una "nueva" física más allá de las teorías actuales. [4]
A pesar de su importancia, la búsqueda y la prueba fueron extremadamente difíciles y tomaron décadas, porque la producción directa, detección y verificación del bosón de Higgs en la escala necesaria para confirmar el descubrimiento y conocer sus propiedades requirió un proyecto experimental muy grande y enormes recursos informáticos. Por esta razón, la mayoría de los experimentos hasta alrededor de 2011 tenían como objetivo excluir rangos de masas que el Higgs no podría tener. En última instancia, la búsqueda condujo a la construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Ginebra, Suiza , el acelerador de partículas más grande del mundo, diseñado especialmente para esta y otras pruebas de alta energía del Modelo Estándar.
Fondo
El bosón de Higgs
Requisitos experimentales
Al igual que otras partículas masivas (por ejemplo, el quark top y los bosones W y Z ), los bosones de Higgs se desintegran en otras partículas casi de inmediato, mucho antes de que puedan observarse directamente. Sin embargo, el modelo estándar predice con precisión los posibles modos de descomposición y sus probabilidades. Esto permite que la creación y la desintegración de un bosón de Higgs se muestre mediante un examen cuidadoso de los productos de desintegración de las colisiones.
Por lo tanto, aunque los enfoques para probar el Higgs se estudiaron en las primeras investigaciones de la década de 1960, cuando se propuso la partícula, las búsquedas experimentales a gran escala solo comenzaron en la década de 1980, con la apertura de aceleradores de partículas lo suficientemente poderosos como para proporcionar evidencia relacionada con el bosón de Higgs. .
Dado que el bosón de Higgs, si existiera, podría tener cualquier masa en un rango muy amplio, eventualmente se requirieron varias instalaciones muy avanzadas para la búsqueda. Estos incluían detectores y aceleradores de partículas muy potentes (para crear bosones de Higgs y detectar su desintegración, si es posible), y el procesamiento y análisis de grandes cantidades de datos, [5] que requieren instalaciones informáticas muy grandes en todo el mundo . Por ejemplo, se analizaron más de 300 billones (3 x 10 14 ) de colisiones protón-protón en el LHC para confirmar el descubrimiento de la partícula de julio de 2012, [5] que requiere la construcción de la llamada LHC Computing Grid , la red informática más grande del mundo (como de 2012) que comprende más de 170 instalaciones informáticas en 36 países. [5] [6] [7] Las técnicas experimentales incluyeron el examen de una amplia gama de posibles masas (a menudo citadas en GeV) para reducir gradualmente el área de búsqueda y descartar posibles masas donde el Higgs era poco probable, análisis estadístico y operación de múltiples experimentos y equipos para ver si los resultados de todos estaban de acuerdo.
Búsqueda experimental y descubrimiento de bosones desconocidos
Límites tempranos
Durante los primeros años de la década de 1970, existían pocas limitaciones a la existencia del bosón de Higgs. Los límites que existían provienen de la ausencia de la observación de los efectos relacionados con Higgs en la física nuclear , las estrellas de neutrones y los experimentos de dispersión de neutrones . Esto resultó en la conclusión de que el Higgs, si existía, era más pesado que18,3 MeV / c 2 . [1]
Fenomenología del colisionador temprano
A mediados de la década de 1970, se publicaron los primeros estudios que exploraban cómo el bosón de Higgs puede mostrarse en experimentos de colisión de partículas. [8] Sin embargo, las perspectivas de encontrar la partícula no eran muy buenas; los autores de uno de los primeros artículos sobre fenomenología de Higgs advirtieron:
Quizás deberíamos terminar nuestro artículo con una disculpa y una advertencia. Pedimos disculpas a los experimentadores por no tener idea de cuál es la masa del bosón de Higgs, ..., y por no estar seguros de sus acoplamientos con otras partículas, excepto que probablemente todas sean muy pequeñas. Por estas razones, no queremos fomentar grandes búsquedas experimentales del bosón de Higgs, pero creemos que las personas que realizan experimentos vulnerables al bosón de Higgs deberían saber cómo puede aparecer.
Uno de los problemas fue que en ese momento casi no había pistas sobre la masa del bosón de Higgs. Las consideraciones teóricas dejaron abierto un rango muy amplio en algún lugar entre10 GeV / c 2 [9] y1000 GeV / c 2 [10] sin indicación real de dónde buscar. [1]
Gran colisionador de electrones y positrones
En los primeros estudios de planificación para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) en el CERN, el bosón de Higgs no jugó ningún papel. De hecho, no parece ser mencionado en ninguno de los informes hasta 1979. [11] El primer estudio detallado que examinó las posibilidades de descubrir el bosón de Higgs en LEP apareció en 1986. [12] A partir de entonces, la búsqueda del bosón de Higgs se convirtió en firmemente establecido dentro del programa LEP. [1]
Como su nombre lo indica, el Gran Colisionador de Electrones y Positrones colisionó electrones con positrones. Las tres formas más importantes en las que tal colisión podría conducir a la producción de un bosón de Higgs fueron: [1]
- El electrón y el positrón juntos producen un bosón Z que a su vez se desintegra en un bosón de Higgs y un par de fermiones.
- El electrón y el positrón juntos producen un bosón Z que a su vez irradia un bosón de Higgs. ( Higgs strahlung )
- El electrón y el positrón intercambian un bosón W o Z que a lo largo del camino emite un bosón de Higgs.
El hecho de que no se hayan observado desintegraciones del bosón Z a Higgs en LEP implica inmediatamente que el bosón de Higgs, si existiera, debe ser más pesado que el bosón Z (~91 GeV / c 2 ). Posteriormente, con cada actualización energética sucesiva del LEP, resurgió la esperanza de que el descubrimiento del Higgs estaba a la vuelta de la esquina. [1] Justo antes del cierre planificado de LEP en 2000, pocos eventos que se asemejen a un bosón de Higgs con una masa de ~Se observaron 115 GeV / c 2 . Esto llevó a la extensión de la última ejecución de LEP por unos meses. [13] Pero al final los datos no fueron concluyentes e insuficientes para justificar otra ejecución después de las vacaciones de invierno y se tomó la difícil decisión de cerrar y desmantelar LEP para hacer espacio para el nuevo Gran Colisionador de Hadrones en noviembre de 2000. Los resultados no concluyentes de la búsqueda directa del bosón de Higgs en LEP resultó en un límite inferior final de la masa de Higgs114,4 GeV / c 2 al nivel de confianza del 95% . [14]
Paralelamente al programa de búsqueda directa, LEP realizó mediciones de precisión de muchos observables de las interacciones débiles. Estos observables son sensibles al valor de la masa de Higgs a través de contribuciones de procesos que contienen bucles de bosones de Higgs virtuales . Esto permitió por primera vez una estimación directa de la masa de Higgs de aproximadamente100 ± 30 GeV / c 2 . [1] Sin embargo, esta estimación está sujeta a la condición de que el Modelo Estándar es todo lo que hay, y ninguna física más allá del Modelo Estándar entra en juego en estos niveles de energía. Los nuevos efectos físicos podrían potencialmente alterar sustancialmente esta estimación. [15]
Super colisionador superconductor
La planificación de un nuevo y poderoso colisionador para explorar nueva física en la escala> 1 TeV ya había comenzado en 1983. [16] El Superconductor Super Colisionador era acelerar protones en un subsuelo.Túnel circular de 87,1 km en las afueras de Dallas, Texas, a las energías de20 TeV cada uno. Uno de los principales objetivos de este megaproyecto fue encontrar el bosón de Higgs. [1] [17]
En preparación para esta máquina, se realizaron extensos estudios fenomenológicos para la producción de bosones de Higgs en colisionadores de hadrones. [18] La gran desventaja de los colisionadores de hadrones para la búsqueda del Higgs es que chocan con partículas compuestas y, como consecuencia, producen muchos más eventos de fondo y proporcionan menos información sobre el estado inicial de la colisión. Por otro lado, proporcionan una energía de centro de masa mucho más alta que los colisionadores de leptones (como LEP) de un nivel tecnológico similar. Sin embargo, los colisionadores de hadrones también proporcionan otra forma de producir un bosón de Higgs a través de la colisión de dos gluones mediada por un triángulo de quarks pesados ( superior o inferior ) . [1]
Sin embargo, el proyecto Superconductor Super Collider estuvo plagado de problemas presupuestarios, y en 1993 el Congreso decidió desconectar el proyecto, a pesar de que ya se habían gastado 2.000 millones de dólares. [1]
Tevatron
El 1 de marzo de 2001, el colisionador Tevatron Proton - antiproton (p p ) en Fermilab cerca de Chicago comenzó su ejecución 2. Después de la ejecución 1 (1992-1996), en la que el colisionador había descubierto el quark top , Tevatron se había cerrado para realizar mejoras significativas enfocado en mejorar el potencial para encontrar el bosón de Higgs; las energías de los protones y antiprotones aumentaron a0,98 TeV , y el número de colisiones por segundo se incrementó en un orden de magnitud (con más aumentos planeados a medida que avanzaba la carrera). Incluso con las actualizaciones, no se garantizaba que Tevatron encontrara el Higgs. Si el Higgs fuera demasiado pesado (>180 GeV ), entonces las colisiones no tendrían suficiente energía para producir un bosón de Higgs. Si fuera demasiado ligero (<140 GeV ), entonces el Higgs se descompondría predominantemente en pares de quarks inferiores, una señal que sería inundada por eventos de fondo, y el Tevatron no produciría suficientes colisiones para filtrar las estadísticas. No obstante, el Tevatron era en ese momento el único colisionador de partículas operativo que era lo suficientemente poderoso como para ser capaz de buscar la partícula de Higgs en ese momento. [19]
Se planeó que la operación continuara hasta que el Tevatron ya no pudiera seguir el ritmo del Gran Colisionador de Hadrones. [19] Este punto se alcanzó el 30 de septiembre de 2011, cuando se cerró el Tevatron. [20] En sus análisis finales, las colaboraciones de los dos detectores en Tevatron ( CDF y DØ ) informan que, según sus datos, pueden excluir la posibilidad de un bosón de Higgs con una masa entre100 GeV / c 2 y103 GeV / c 2 y entre147 GeV / c 2 y180 GeV / c 2 a un nivel de confianza del 95%. Además, encontraron un exceso de eventos que podrían ser de un bosón de Higgs en el rango 115–140 GeV / c 2 . Sin embargo, la importancia de las estadísticas se considera demasiado baja para basar cualquier conclusión. [21]
El 22 de diciembre de 2011, la colaboración DØ también informó limitaciones en el bosón de Higgs dentro del Modelo Estándar Mínimo Supersimétrico, una extensión del Modelo Estándar. Las colisiones protón - antiprotón (p p ) con una energía de centro de masa de 1,96 TeV les habían permitido establecer un límite superior para la producción del bosón de Higgs dentro de MSSM que oscilaba entre 90 y 300 GeV, y excluyendo tan β > 20-30 para masas del bosón de Higgs por debajo de 180 GeV ( tan β es la relación de los dos valores esperados de vacío del doblete de Higgs). [22]
Gran Colisionador de Hadrones
El funcionamiento completo en el LHC se retrasó durante 14 meses desde sus pruebas iniciales exitosas, el 10 de septiembre de 2008, hasta mediados de noviembre de 2009, [23] [24] tras un evento de extinción de imanes nueve días después de sus pruebas inaugurales que dañaron más de 50 imanes superconductores. y contaminó el sistema de vacío. [25] El enfriamiento se remonta a una conexión eléctrica defectuosa y las reparaciones demoraron varios meses; [26] [27] También se actualizaron los sistemas de detección de fallas eléctricas y de manejo rápido de enfriamiento.
La recopilación y el análisis de datos en busca de Higgs se intensificó a partir del 30 de marzo de 2010, cuando el LHC comenzó a operar a 7 Tev (2 x 3,5 TeV) . [28] Los resultados preliminares de los experimentos ATLAS y CMS en el LHC en julio de 2011 excluyeron un bosón de Higgs del Modelo Estándar en el rango de masa 155-190 GeV / c 2 [29] y 149-206 GeV / c 2 , [30] respectivamente, al 95% de CL. Todos los intervalos de confianza anteriores se obtuvieron mediante el método CL .
En diciembre de 2011, la búsqueda se había reducido a la región aproximada a 115-130 GeV, con un enfoque específico alrededor de 125 GeV, donde tanto los experimentos ATLAS como CMS habían informado de forma independiente un exceso de eventos, [31] [32] lo que significa que un En este rango de energía se detectó un número mayor de lo esperado de patrones de partículas compatibles con la desintegración de un bosón de Higgs. Los datos eran insuficientes para mostrar si estos excesos se debían o no a fluctuaciones de fondo (es decir, azar aleatorio u otras causas), y su significación estadística no era lo suficientemente grande como para sacar conclusiones todavía o incluso formalmente para contar como una "observación", pero el El hecho de que dos experimentos independientes hubieran mostrado excesos en torno a la misma masa provocó un considerable entusiasmo en la comunidad de la física de partículas. [33]
Por lo tanto, a fines de diciembre de 2011, se esperaba ampliamente que el LHC proporcionaría datos suficientes para excluir o confirmar la existencia del bosón de Higgs del Modelo Estándar para fines de 2012, cuando sus datos de colisión de 2012 (a energías de 8 TeV) había sido examinado. [34]
Las actualizaciones de los dos equipos del LHC continuaron durante la primera parte de 2012, y los datos provisionales de diciembre de 2011 se confirmaron y desarrollaron en gran medida. [35] [36] También hubo actualizaciones disponibles del equipo que analiza los datos finales del Tevatron. [37] Todos estos continuaron destacando y reduciendo la región de 125 GeV como mostrando características interesantes.
El 2 de julio de 2012, la colaboración ATLAS publicó análisis adicionales de sus datos de 2011, excluyendo los rangos de masa de bosones de 111,4 GeV a 116,6 GeV, 119,4 GeV a 122,1 GeV y 129,2 GeV a 541 GeV. Observaron un exceso de eventos correspondientes a la hipótesis de masa del bosón de Higgs alrededor de 126 GeV con una significación local de 2,9 sigma . [38] En la misma fecha, las colaboraciones DØ y CDF anunciaron un análisis adicional que aumentó su confianza. La importancia de los excesos a energías entre 115-140 GeV se cuantificó ahora como 2,9 desviaciones estándar , lo que corresponde a una probabilidad de 1 en 550 de deberse a una fluctuación estadística. Sin embargo, esto todavía estaba por debajo de la confianza de 5 sigma, por lo tanto, los resultados de los experimentos del LHC eran necesarios para establecer un descubrimiento. Excluyeron los rangos de masa de Higgs en 100-103 y 147-180 GeV. [39] [40]
Descubrimiento de un nuevo bosón
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Diagramas de Feynman que muestran los canales más limpios asociados con el candidato de Higgs de baja masa, ~ 125GeV, observado por el CMS en el LHC . El mecanismo de producción dominante en esta masa involucra dos gluones de cada protón que se fusionan con un bucle de quark superior , que se acopla fuertemente al campo de Higgs para producir un bosón de Higgs. Izquierda: Canal de diphotones: El bosón se descompone posteriormente en 2 fotones de rayos gamma por interacción virtual con un bucle de bosón W o un bucle de quark superior . Derecha: El bosón "Canal Dorado" de 4 leptones emite 2 bosones Z , cada uno de los cuales se desintegra en 2 leptones (electrones, muones). El análisis experimental de estos canales alcanzó una significación de 5 sigma . [41] [42] El análisis de canales de fusión de bosones de vectores adicionales llevó el significado de CMS a 4.9 sigma . [41] [42] |
El 22 de junio de 2012, el CERN anunció un próximo seminario que cubrirá los hallazgos tentativos para 2012, [43] [44] y poco después comenzaron a difundirse rumores en los medios de comunicación de que esto incluiría un anuncio importante, pero no estaba claro si esto sería una señal más fuerte. o un descubrimiento formal. [45] [46] La especulación se intensificó a un tono "febril" cuando surgieron informes de que Peter Higgs , quien propuso la partícula, iba a asistir al seminario. [47] [48] El 4 de julio de 2012, CMS anunció el descubrimiento de un bosón previamente desconocido con masa 125,3 ± 0,6 GeV / c 2 [41] [42] y ATLAS de un bosón con masa 126,5 GeV / c 2 . [49] [50] Usando el análisis combinado de dos modos de desintegración (conocidos como 'canales'), ambos experimentos alcanzaron una significación local de 5 sigma, o menos de 1 en un millón de probabilidades de que una fluctuación estadística fuera tan fuerte. Cuando se tuvieron en cuenta canales adicionales, la importancia de CMS fue de 4,9 sigma. [41]
Los dos equipos habían estado trabajando de forma independiente entre sí, lo que significa que no discutieron sus resultados entre sí, lo que proporciona una certeza adicional de que cualquier hallazgo común era una validación genuina de una partícula. [5] Este nivel de evidencia, confirmado independientemente por dos equipos y experimentos separados, cumple con el nivel formal de prueba requerido para anunciar un descubrimiento confirmado de una nueva partícula. El CERN ha sido cauteloso y solo declaró que la nueva partícula es "consistente con" el bosón de Higgs, pero los científicos no lo han identificado positivamente como el bosón de Higgs, a la espera de una mayor recopilación y análisis de datos. [51]
El 31 de julio, la colaboración ATLAS presentó más análisis de datos, incluido un tercer canal. [52] Mejoraron la significación a 5,9 sigma y la describieron como una "observación de una nueva partícula" con masa 126 ± 0,4 (estát.) ± 0,4 (sys) GeV / c 2 . También CMS mejoró la significancia a 5 sigma con la masa del bosón en 125,3 ± 0,4 (stat) ± 0,5 (sys) GeV / c 2 . [53]
El 14 de marzo de 2013, el CERN confirmó que:
- "CMS y ATLAS han comparado una serie de opciones para la paridad de espín de esta partícula, y todas prefieren sin espín e incluso paridad [dos criterios fundamentales de un bosón de Higgs consistente con el modelo estándar]. Esto, junto con las interacciones medidas de la nueva partícula con otras partículas, indica claramente que es un bosón de Higgs ". [2]
Identificación y estudio de la partícula de 2012 como candidato a bosón de Higgs
El bosón anunciado en julio de 2012 aún no está confirmado como bosón de Higgs. Si fuera un bosón de Higgs, quedarían más preguntas, ya que varias teorías tienen diferentes versiones del bosón y el campo de Higgs.
Por lo tanto, la búsqueda del bosón de Higgs no concluyó con el descubrimiento de la partícula de 2012: la prueba de que una partícula existe no es una prueba de que la partícula sea de hecho un bosón de Higgs, o que la partícula descubierta coincide con una teoría específica sobre el bosón de Higgs, o que no podría ser alguna otra partícula desconocida que se comporte de alguna manera como un bosón de Higgs.
Más bien, la nueva partícula es posiblemente un bosón de Higgs y, en la medida en que los primeros resultados lo permitan, se comporta como se espera que se comporte un bosón de Higgs, pero se requieren más pruebas para examinar la probabilidad de que sea realmente un bosón de Higgs.
2012 (posterior al descubrimiento)
A partir de 2012, las observaciones han sido consistentes con la partícula observada que es el bosón de Higgs del Modelo Estándar. La partícula se desintegra en al menos algunos de los canales predichos. Además, las tasas de producción y las relaciones de ramificación de los canales observados coinciden con las predicciones del modelo estándar dentro de las incertidumbres experimentales. Sin embargo, las incertidumbres experimentales en la actualidad todavía dejan espacio para explicaciones alternativas. Por lo tanto, es demasiado pronto para concluir que la partícula encontrada es de hecho el modelo estándar de Higgs. [54]
Una confirmación adicional requerirá datos más precisos sobre algunas de las características de la nueva partícula, incluidos sus otros canales de desintegración y varios números cuánticos, como su paridad. Para permitir una mayor recopilación de datos, la ejecución actual de colisión protón-protón del LHC se ha extendido siete semanas, posponiendo el cierre prolongado planificado para actualizaciones en 2013. Se espera que estos datos adicionales permitan una declaración más concluyente sobre la naturaleza de la nueva partícula en diciembre. [55]
En noviembre de 2012, en una conferencia en Tokio, los investigadores dijeron que la evidencia recopilada desde julio se ajustaba más al Modelo Estándar básico que a sus alternativas, con una variedad de resultados para varias interacciones que coincidían con las predicciones de esa teoría. [56] El físico Matt Strassler destaca evidencia "considerable" de que la nueva partícula no es una partícula de paridad negativa pseudoescalar (un hallazgo requerido para un bosón de Higgs), "evaporación" o falta de mayor importancia para indicios previos de hallazgos no estándar del Modelo, interacciones esperadas del Modelo Estándar con los bosones W y Z , ausencia de "nuevas implicaciones significativas" a favor o en contra de la supersimetría y, en general, no hay desviaciones significativas hasta la fecha de los resultados esperados de un bosón de Higgs del Modelo Estándar. [57] Sin embargo, algunos tipos de extensiones del modelo estándar también mostrarían resultados muy similares; [58] basado en otras partículas que todavía se están entendiendo mucho después de su descubrimiento, podría llevar muchos años saberlo con certeza y décadas comprender la partícula que se ha encontrado. [56] [57]
Informes de medios prematuros de confirmación como bosón de Higgs
A finales de 2012, Time , [59] Forbes , [60] Slate , [61] NPR , [62] y otros [63] anunciaron incorrectamente que se había confirmado la existencia del bosón de Higgs. Numerosas declaraciones de los descubridores del CERN y otros expertos desde julio de 2012 habían reiterado que se había descubierto una partícula, pero que aún no se había confirmado que fuera un bosón de Higgs. Recién en marzo de 2013 se anunció oficialmente. [64] A esto siguió la realización de un documental sobre la caza. [sesenta y cinco]
Cronología de la evidencia experimental
- Todos los resultados se refieren al bosón de Higgs del modelo estándar, a menos que se indique lo contrario.
- 2000-2004: utilizando datos recopilados antes de 2000, en 2003-2004 los experimentos del Gran Colisionador de Electrones y Positrones publicaron artículos que establecían un límite inferior para el bosón de Higgs de114,4 GeV / c 2 al 95% de nivel de confianza (CL), con un pequeño número de eventos alrededor de 115 GeV. [14]
- Julio de 2010: los datos de los experimentos de CDF (Fermilab) y DØ (Tevatron) excluyen el bosón de Higgs en el rango 158–175 GeV / c 2 al 95% CL. [66] [67]
- 24 de abril de 2011: los medios informan "rumores" de un hallazgo; estos fueron desacreditados en mayo de 2011. [68] No habían sido un engaño, sino que se basaban en resultados no oficiales y no revisados. [69]
- 24 de julio de 2011: el LHC informó posibles signos de la partícula, la nota ATLAS concluye: "En el rango de masa baja (c. 120-140 GeV) se observa un exceso de eventos con una significancia de aproximadamente 2,8 sigma por encima de la expectativa de fondo" y la BBC informa que se encontraron "eventos de partículas interesantes en una masa de entre 140 y 145 GeV". [70] [71] Estos hallazgos fueron repetidos poco después por los investigadores del Tevatron con un portavoz afirmando que: "Están sucediendo algunas cosas intrigantes alrededor de una masa de 140GeV". [70] El 22 de agosto de 2011 se informó que estos resultados anómalos se habían vuelto insignificantes con la inclusión de más datos de ATLAS y CMS y que la no existencia de la partícula había sido confirmada por colisiones del LHC con un 95% de certeza entre 145 y 466. GeV (a excepción de algunas islas pequeñas alrededor de 250 GeV). [72]
- 23-24 de julio de 2011: los resultados preliminares del LHC excluyen los rangos 155–190 GeV / c 2 (ATLAS) [29] y 149–206 GeV / c 2 (CMS) [30] en un 95% CL.
- 27 de julio de 2011: los resultados preliminares del CDF / DØ amplían el rango excluido a 156–177 GeV / c 2 al 95% CL. [73]
- 18 de noviembre de 2011: un análisis combinado de datos de ATLAS y CMS redujo aún más la ventana para los valores permitidos de la masa del bosón de Higgs a 114-141 GeV. [74]
- 13 de diciembre de 2011: se anunciaron los resultados experimentales de los experimentos ATLAS y CMS , lo que indica que si existe el bosón de Higgs, su masa se limita al rango de 116-130 GeV (ATLAS) o 115-127 GeV (CMS), con otras masas excluidas al 95% CL. Los excesos observados de eventos en alrededor de 124 GeV (CMS) y 125-126 GeV (ATLAS) son consistentes con la presencia de una señal del bosón de Higgs, pero también son consistentes con fluctuaciones en el fondo. Los significados estadísticos globales de los excesos son 1,9 sigma (CMS) y 2,6 sigma (ATLAS) después de la corrección por el efecto de buscar en otra parte . [31] [32]
- 22 de diciembre de 2011: la colaboración DØ también establece límites en las masas del bosón de Higgs dentro del Modelo Estándar Mínimo Supersimétrico (una extensión del Modelo Estándar), con un límite superior para la producción que varía de 90 a 300 GeV, y excluye tanβ> 20-30 para Masas del bosón de Higgs por debajo de 180 GeV al 95% CL. [22]
- 7 de febrero de 2012: actualizando los resultados de diciembre, los experimentos ATLAS y CMS restringen el bosón de Higgs del Modelo Estándar, si existe, al rango 116-131 GeV y 115-127 GeV, respectivamente, con la misma significación estadística que antes. [35] [36]
- 7 de marzo de 2012: las colaboraciones DØ y CDF anunciaron que encontraron excesos que podrían interpretarse como provenientes de un bosón de Higgs con una masa en la región de 115 a135 GeV / c 2 en la muestra completa de datos de Tevatron . La significancia de los excesos se cuantifica como 2,2 desviaciones estándar , lo que corresponde a una probabilidad de 1 en 250 de deberse a una fluctuación estadística. Este es un significado menor, pero consistente e independiente de los datos de ATLAS y CMS en el LHC. [75] [76] Este nuevo resultado también amplía el rango de valores de masa de Higgs excluidos por los experimentos de Tevatron al 95% de CL, que se convierte en 147-179 GeV / c 2 . [37] [77]
- 2 de julio de 2012: la colaboración ATLAS analizó en mayor profundidad sus datos de 2011, excluyendo los rangos de masa de Higgs de 111,4 GeV a 116,6 GeV, 119,4 GeV a 122,1 GeV y 129,2 GeV a 541 GeV. Los bosones de Higgs probablemente se encuentran en 126 GeV con una significancia de 2.9 sigma. [38] El mismo día, las colaboraciones DØ y CDF también anunciaron análisis adicionales, aumentando su confianza en que los datos entre 115-140 GeV corresponden a un bosón de Higgs a 2.9 sigma, excluyendo los rangos de masa en 100-103 y 147-180 GeV. [39] [40]
- 4 de julio de 2012 - la colaboración CMS anunció el descubrimiento de un bosón con masa 125,3 ± 0,6 GeV / c 2 dentro de 4,9 σ (sigma) (hasta 5 sigma dependiendo del canal analizado), [41] [42] y la colaboración ATLAS un bosón con masa de ∼126,5 GeV / c 2 . [49] [50]
- 31 de julio de 2012: la colaboración ATLAS mejoró aún más su análisis y anunció el descubrimiento de un bosón con masa 126 ± 0.4 (stat.) ± 0.4 (sys) GeV / c 2 . [52] También CMS mejoró la significación a 5 sigma con la masa del bosón en 125,3 ± 0,4 (stat) ± 0,5 (sys) GeV / c 2 . [53]
análisis estadístico
En 2012, el criterio "5-sigma" requerido por los científicos del LHC, y su interpretación frecuentista subyacente de la probabilidad, despertó el interés de algunos estadísticos, especialmente bayesianos : "cinco desviaciones estándar, asumiendo normalidad, significa un valor p de alrededor de 0.0000005 [...] ¿La comunidad de física de partículas está completamente comprometida con el análisis frecuentista? ". [78] Sin embargo, como la investigación en el LHC ya estaba demasiado avanzada, la discusión no parecía haber llevado a un nuevo análisis bayesiano de los datos.
Notas
- ^ El campo de Higgs no es responsable de toda la masa, sino solo de las masas de las partículas elementales. Por ejemplo, solo alrededor del 1% de la masa de bariones (partículas compuestas como el protón y el neutrón ) se debe al mecanismo de Higgs que actúa para producir la masa invariante de quarks . El resto es la masa añadida por la energía de enlace de la cromodinámica cuántica , que es la suma de las energías cinéticas de los quarks y las energías de los gluones sin masa quemedian la fuerte interacción dentro de los bariones. Sin el campo de Higgs, el modelo estándar dice que los fermiones elementales como los quarks y los electrones no tendrían masa. [3]
Referencias
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- ^ Rao, Achintya (2 de julio de 2012). "¿Por qué me importaría el bosón de Higgs?" . Sitio web público de CMS . CERN . Consultado el 18 de julio de 2012 .
- ^ "El bosón de Higgs: ¿Evolución o revolución?" . Antecedentes del LHC . CERN. 13 de diciembre de 2011 . Consultado el 18 de julio de 2012 .
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