Ginebra. En la 40a conferencia del ICHEP, los experimentos ATLAS y CMS anunciaron nuevos resultados que muestran que el bosón de Higgs se descompone en dos muones. El muón es una copia más pesada del electrón, una de las partículas elementales que constituyen el contenido de materia del Universo. Mientras que los electrones se clasifican como partículas de primera generación, los muones pertenecen a la segunda generación. El proceso físico de la descomposición del bosón de Higgs en muones es un fenómeno raro, ya que solo un bosón de Higgs de cada 5000 se descompone en muones. Estos nuevos resultados tienen una importancia fundamental para la física fundamental porque indican por primera vez que el bosón de Higgs interactúa con partículas elementales de segunda generación.
Los físicos del CERN han estado estudiando el bosón de Higgs desde su descubrimiento en 2012 con el fin de investigar las propiedades de esta partícula tan especial. El bosón de Higgs, producido a partir de colisiones de protones en el Gran Colisionador de Hadrones, se desintegra – denominado decaimiento – casi instantáneamente en otras partículas. Uno de los principales métodos para estudiar las propiedades del bosón de Higgs es analizar cómo se descompone en las diversas partículas fundamentales y la velocidad de desintegración.
CMS logró evidencia de esta desintegración con 3 sigma, lo que significa que la probabilidad de ver el bosón de Higgs decayendo en un par de muones debido a la fluctuación estadística es menor de uno en 700. El resultado de dos sigma de ATLAS significa que las posibilidades son de una en 40. La combinación de ambos resultados aumentaría la significación muy por encima de 3 sigma y proporciona una fuerte evidencia de la desintegración del bosón de Higgs a dos muones.
«CMS se enorgullece de haber logrado esta sensibilidad a la descomposición de los bosones de Higgs en muones, y de mostrar la primera evidencia experimental de este proceso. El bosón de Higgs parece interactuar también con partículas de segunda generación de acuerdo con la predicción del Modelo Estándar, un resultado que se refinará aún más con los datos que esperamos recopilar en la próxima carrera», dijo Roberto Carlin, portavoz del experimento CMS.
El bosón de Higgs es la manifestación cuántica del campo de Higgs, que da masa a las partículas elementales con las que interactúa, a través del mecanismo Brout-Englert-Higgs. Al medir la velocidad a la que el bosón de Higgs se descompone en diferentes partículas, los físicos pueden inferir la fuerza de su interacción con el campo de Higgs: cuanto mayor sea la velocidad de desintegración en una partícula dada, mayor será su interacción con el campo. Hasta ahora, los experimentos ATLAS y CMS han observado que el bosón de Higgs se descompone en diferentes tipos de bosones como W y Z, y fermiones más pesados como los leptones tau. La interacción con los quarks más pesados, el superior y el inferior, se midió en 2018. Los muones son mucho más ligeros en comparación y su interacción con el campo de Higgs es más débil. Por lo tanto, las interacciones entre el bosón de Higgs y los muones no se habían observado previamente en el LHC.
«Esta evidencia de que el bosón de Higgs se descompone en partículas de materia de segunda generación complementa un programa de física de Higgs de Ejecución 2 altamente exitoso. Las mediciones de las propiedades del bosón de Higgs han alcanzado una nueva etapa en precisión y se pueden abordar los raros modos de decaimiento. Estos logros se basan en el gran conjunto de datos de LHC, la eficiencia y el rendimiento sobresalientes del detector ATLAS y el uso de técnicas de análisis novedosas», dijo Karl Jakobs, portavoz de ATLAS.
Lo que hace que estos estudios sean aún más desafiantes es que, en el LHC, por cada bosón de Higgs que decae a dos muones, hay miles de pares de muones producidos a través de otros procesos que imitan la firma experimental esperada. La firma característica de la desintegración del bosón de Higgs a muones es un pequeño exceso de eventos que se agrupan cerca de una masa de par de muones de 125 GeV, que es la masa del bosón de Higgs. Aislar el bosón de Higgs a interacciones de pares de muones no es tarea fácil. Para ello, ambos experimentos miden la energía, el momento y los ángulos de los candidatos a muones de la desintegración del bosón de Higgs. Además, se mejoró la sensibilidad de los análisis mediante métodos como estrategias sofisticadas de modelado de fondo y otras técnicas avanzadas como algoritmos de aprendizaje automático. CMS combinó cuatro análisis separados, cada uno optimizado para categorizar eventos de física con posibles señales de un modo de producción de bosón de Higgs específico. ATLAS dividió sus eventos en 20 categorías que apuntaban a modos específicos de producción de bosones de Higgs.
Los resultados, que hasta ahora son consistentes con las predicciones del Modelo Estándar, utilizaron el conjunto completo de datos recopilados de la segunda ejecución del LHC. Con más datos que registrar de la próxima carrera del acelerador de partículas y con el LHC de Alta Luminosidad, las colaboraciones de ATLAS y CMS esperan alcanzar la sensibilidad (5 sigma) necesaria para establecer el descubrimiento de la desintegración del bosón de Higgs a dos muones y limitar las posibles teorías de la física más allá del Modelo Estándar que afectaría este modo de desintegración del bosón de Higgs.
ENLACES
material Científico
Documentos:
CMS física resumen del análisis de: https://cds.cern.ch/record/2725423
ATLAS de papel en arXiv: https://arxiv.org/abs/2007.07830
la Física instrucciones:
CMS: https://cmsexperiment.web.cern.ch/news/cms-sees-evidence-higgs-boson-decaying-muons
ATLAS: https://atlas.cern/updates/physics-briefing/new-search-rare-higgs-decays-muons
Event displays and plots:
CMS: https://cds.cern.ch/record/2720665?ln=en
http://cds.cern.ch/record/2725728
ATLAS: https://cds.cern.ch/record/2725717?ln=en
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2019-14
Photos
CMS detector:
https://cds.cern.ch/record/1344500/files/0712017_02.jpg?subformat=icon-1440
https://cds.cern.ch/record/1431473/files/bul-pho-2007-079.jpg?subformat=icon-1440
ATLAS detector: https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0706038/0706038_02/0706038_02-A4-at-144-dpi.jpg
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0705021/0705021_01/0705021_01-A4-at-144-dpi.jpg
CMS muon system:
https://cds.cern.ch/record/2016944/files/IMG_0267.jpg?subformat=icon-1440
https://cds.cern.ch/record/1431505/files/DSC_1432.jpg?subformat=icon-1440
ATLAS muon spectrometer:
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2006/0610010/0610010_02/0610010_02-A4-at-144-dpi.jpg
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0707043/0707043_01/0707043_01-A4-at-144-dpi.jpg
