Evento candidato para la producción de fusión vector-bosón de un bosón de Higgs con posterior desintegración en bosones W en descomposición leptónica. Las partículas del estado final son un electrón (amarillo), muon (turquesa) y dos chorros delanteros (verde y rojo). La flecha blanca indica la falta de impulso transversal. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Descubrir el bosón de Higgs en 2012 fue solo el comienzo. Los físicos inmediatamente comenzaron a medir sus propiedades, una investigación que todavía está en curso mientras intentan desentrañar si el mecanismo de Higgs se realiza en la naturaleza como lo predice el Modelo Estándar de física de partículas. A principios de esta primavera, Los investigadores del Experimento ATLAS del CERN anunciaron que habían medido el bosón de Higgs en sus desintegraciones a bosones W. Los bosones W son particularmente interesantes en este contexto, ya que las propiedades de su auto-interacción (dispersión de bosones vectoriales) dieron credibilidad al mecanismo que predijo el bosón de Higgs.
Los bosones de Higgs producidos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) viven una vida muy corta de solo 10 -22 segundos antes de que se descompongan. Revelan sus propiedades al mundo exterior dos veces:durante su producción y su descomposición. El nuevo resultado de ATLAS estudió el bosón de Higgs en ambos momentos, mirando su producción a través de dos métodos diferentes y su posterior desintegración en dos bosones W (H➝WW *). Como uno de cada cinco bosones de Higgs se desintegra en bosones W, es el canal ideal para estudiar su acoplamiento a los bosones vectoriales. Los investigadores también se centraron en las formas más comunes de producir la famosa partícula, mediante fusión de gluones (ggF) y fusión de vector-bosón (VBF).
La medida del aguacate
Los físicos de ATLAS han cuantificado la frecuencia con la que el bosón de Higgs interactúa con los bosones W. Después de comparar su medición y simulación en un histograma para demostrar que podían modelar los datos con precisión (ver Figura 3), los investigadores realizaron un análisis estadístico de la sección transversal de los procesos. El resultado se muestra en la Figura 2, donde los modos de producción ggF y VBF se muestran por separado en los dos ejes. El resultado de ATLAS se denota con una estrella, y está rodeado de bandas marrones y verdes que representan las incertidumbres. Si el análisis se repitiera muchas veces en diferentes datos, 68 o 95% de estas repeticiones deben caer dentro de las bandas incluidas.
Esta 'parcela de aguacate' bautizada con amor no solo ilustra los resultados experimentales, pero también la predicción del Modelo Estándar (que se muestra con una cruz roja). Esto indica que el resultado de la medición está de acuerdo con la predicción teórica. Si se observara una desviación mayor entre el experimento y la teoría, podría insinuar fenómenos actualmente desconocidos. Aunque el modelo estándar está bien establecido, se sabe que está incompleto, lo que motiva a buscar tales discrepancias.
Figura 2:Medición de la sección transversal de la producción del bosón de Higgs a través del proceso de fusión de gluones (eje y) y fusión de vector-bosón (eje x). La estrella muestra el valor de la medición y la cruz el valor predicho por el modelo estándar (rodeado por una línea que indica la incertidumbre teórica). Ambos coinciden bien dentro de las incertidumbres. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
El nuevo jugador
Los físicos solo recientemente han podido confirmar que el modo de producción VBF también contribuye al proceso H➝WW *. Ahora, Los analizadores han mejorado significativamente su resultado mediante el uso de una red neuronal, la misma técnica que permite a las computadoras identificar a las personas en las imágenes. Usando esta red neuronal, pudieron mejorar drásticamente la separación de los eventos VBF de los ggF más frecuentes y de otras contribuciones de fondo.
Entre las pocas docenas de eventos cuyas propiedades son muy compatibles con la producción VBF del bosón de Higgs, los investigadores seleccionaron uno para mostrar cómo se ven estos eventos en el detector (ver pantalla de eventos). El modo de producción VBF se destaca debido a los dos chorros de hadrones bien separados que alcanzan las regiones delanteras del detector ATLAS. Retroceden contra las partículas de desintegración de los bosones W:el electrón y el muón.
Figura 3:Los eventos de datos seleccionados para el modo de producción de ggF se comparan con las predicciones en función de la masa transversal del bosón de Higgs. La señal del bosón de Higgs se muestra en rojo sobre el fondo de la producción principalmente de quark top (amarillo) y WW (violeta). El panel del medio muestra la relación de los datos con la suma de todas las simulaciones, mientras que el panel inferior compara los datos con la suma de todas las predicciones. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
¿Qué nos espera a largo plazo?
Desde un punto de vista experimental, tiene sentido analizar el bosón de Higgs según cómo decae en el detector, sondear las características de la descomposición con precisión. Pero para medir las propiedades del modo de producción, Es necesario combinar diferentes análisis centrados en la descomposición. Para agilizar este proceso, Los físicos utilizan secciones transversales de plantilla simplificadas (STXS). Esto categoriza las colisiones de partículas según las propiedades asociadas con el modo de producción, permitiendo así a los físicos medir todas las tasas de eventos individualmente. Debido a que la categorización está estandarizada entre análisis e incluso entre experimentos, se facilitan las combinaciones posteriores.
A pesar de las notables mejoras de este nuevo resultado, el verdadero poder del enfoque STXS se hará evidente en combinaciones con otros análisis. ATLAS produjo una combinación STXS el año pasado, y la próxima iteración se beneficiará de la potencia de esta nueva medición H➝WW *.
