Resultados ATLAS de la búsqueda del bosón Higgs

Como prometimos en la entrada del 4 de Julio (Bienvenidos a #Higgsteria) este es el resumen de lo que dijo ATLAS durante el seminario.

Esta vez ATLAS tuvo peor suerte presentando en segundo lugar, los resultados de CMS ya habían hablado de un exceso de 5-sigmas en la región de 125 GeV compatible con un nuevo bosón. Fabiola Gionotti portavoz de ATLAS hizo un esfuerzo por no repetir demasiadas veces “como ha dicho antes Joe” durante su charla y hay que reconocerle por otro lado que hizo su presentación más tranquila que el portavoz de CMS.
Fabiola mostró los resultados de dos canales : el bosón de Higgs desintegrandose en dos fotones y el canal a dos bosones Z que a su vez se desintegran leptónicamente obteniendo un estado final con 4 leptones (electrones o muones). Estos canales son los que proporcionan mayor resolución en el valor de la masa. Ambos se presentaron con el máximo de los datos disponibles para mejorar la estadística.

Hemos hablado del canal en dos fotones en la entrada ¡Hazlo tu mismo!, explicaremos aquí los nuevos resultados. En la gráfica abajo podéis ver la distribución de la masa reconstruida para los dos fotones con los datos combinados de 2011 y 2012. La linea roja es el ajuste a los puntos combinando el fondo (que tiene forma exponencial) más la señal. El pequeño gráfico abajo muestra como quedan los datos si se resta el fondo. Podemos ver que se observa un exceso de eventos en la región de 126 GeV. Este valor de la masa como toda medida tiene un error (resolución) asociado que en este caso es del orden de 1 GeV, esto es el valor real estaría en el rango 125-127 GeV.
El otro canal mostrado fue el de 4 leptones, a este canal se le conoce como el ‘golden channel’  (dorado) por su bajo fondo. No hay muchos procesos que den en el estado final 4 leptones, la mayor contribución al fondo para este canal es la producción directa de dos bosones Z (no provenientes de la desintegración del Higgs) en rojo en la gráfica. Otra ventaja de esta búsqueda es que la precisión en la masa reconstruida es buena, se pueden medir la energía y momento de los electrones y muones con gran precisión. Por otro lado el problema es que es un proceso con poca estadística. La probabilidad de que ambos bosones Z se desintegren en leptones es baja ( 0.5% si sumamos electrones y muones ) a lo que se añade el hecho que para la zona alrededor de 120 GeV el Higgs solo se desintegraría en dos bosones Z el 1-2% de las veces.

Si añadimos los datos de 2011 y 2012 tenemos en la zona 120-130 GeV 13 eventos (colisiones) que pasan los cortes de selección, recordemos que se analizan cientos de millones de eventos. Para el mismo rango de masas esperamos unos 5 eventos (si el Higgs no estuviera en esta zona), es decir tenemos más del doble de los eventos esperados. Si traducimos este valor a sigmas para el valor de 125 GeV obtenemos 3.4 sigmas.

Si combinamos estos resultados con los obtenidos en otros canales con datos del 2011, obtenemos la gráfica de significancia local de abajo. En el rango 100 a 600 GeV solo tenemos una región con una probabilidad mayor de 2 sigmas, en la zona de 126 GeV, el resto es compatible con fluctuaciones estadísticas (alrededor de una sigma).

Otra de las gráficas interesantes es la que viene llamada ‘signal strength’ (?). Para entender esta gráfica necesitamos simplemente saber a que corresponden dos valores de esta ?. Si tenemos que nuestros datos están cercanos a ? igual a 0 (como en la zona alrededor de 140 GeV) estamos hablando de que nuestros datos son compatibles con estar compuestos solo por fondo (no existe el Higgs en esta región). Para un valor de ? de 1, tenemos que nuestra señal es compatible con fondo más la señal que correspondería a la existencia de un Higgs del Modelo Estándar en esa zona. En este caso tenemos que la región alrededor de 126 GeV tiene un valor cercano a 1, lo que podría indicar la existencia de un Higgs del modelo estándar en esta región. Si el valor de ? es mayor de 1 tendríamos una señal pero que sería mayor de la esperada para un Higgs del Modelo Estándar.

Por último quisiera comentar la gráfica de la evolución de la significancia local. Lo importante en esta gráfica sería mirar la curva roja (la vimos antes) comparando con las otras, lo importante aquí es que cuando mayor estadística se acumula las variaciones (ondulaciones) de la curva fuera del pico invertido disminuyen. Esto da más confianza en que realmente lo que se ve es algo con más probabilidad de ser real, lo que esperaríamos al acumular más datos es que fuera de la zona de interés tuviéramos una recta con valor de p₀ igual a 1.

Este sería un resumen de  los resultados presentados por ATLAS. Aun quedan algunos se deben hacer públicos los resultados para otros canales como el Higgs en dos bosones W. Estos darán aun más información sobre los resultados. La toma de datos tampoco ha terminado, hemos tomado un tercio del total puede ser que incluso se intenten tomar 25 /fb que sería cuatro veces los datos que tenemos actualmente. Hemos visto un exceso pero el paso importante es entenderlo y eso tomara un tiempo.