1. EL MISTERIOSO
BOSÓN DE HIGGS
Carlos Ávila
Departamento de Física,
Universidad de Los Andes
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 1
2. CONTENIDO DE LA CHARLA
1. QUE ES EL BOSÓN DE HIGGS?
2. COMO SE BUSCA EL BOSÓN DE HIGGS?
3. QUE SE HA ENCONTRADO HASTA AHORA?
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 2
3. FISICA EXPERIMENTAL DE PARTICULAS
Toda la materia esta hecha de los
Queremos estudiar las mismos constituyentes:
componentes mas pequeñas
de la materia.
Queremos investigar los
aspectos mas profundos y
fundamentales de la materia.
Queremos investigar la
naturaleza del universo
inmediatamente después de
su origen.
3
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012
4. CONSTRUYENDO EL UNIVERSO
electrones Átomo de Helio
protones neutrones
Si multiplicamos por billones y billones y billones y billones…
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 4
5. Helio Neon
Tabla Periodica
Todos los átomos están hechos de
electrones, protones y neutrones
u u u
d d d
Protón Neutron Electron
Gluons mantienen juntos a los
quarks. 5
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012
9. EL BOSÓN DE HIGGS SE HA BUSCADO DESDE HACE MAS DE 20 AÑOS:
1. CERN: Colisionador LEP (e- e+) 1989 – 2000
2. Fermilab: Colisionador Tevatrón (p+ p-) 1991 -1996, 2001 – 2011
3. CERN: Colisionador LHC (p+ p+) desde 2010 …
10. COMO SE BUSCA EL HIGGS?
HERRAMIENTAS NECESARIAS:
1. ACELERADOR DE PARTÍCULAS: LEP, TEVATRON, LHC
2. DETECTOR : DELPHI, L3, OPAL, ALEPH,D0, CDF, ATLAS, CMS
3. ALTA CAPACIDAD DE COMPUTO: COMPUTACIÓN GRID
4. SOFTWARE ESPECIALIZADO: SIMULACIÓN Y ANALISIS DE DATOS
LHC CMS CERN-GRID
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 10
11. • Protones giran en circulo de27 km Longitud a v=99.9999%c
• 1600 Magnetos superconductores enfriados a 1.9 °K
• Corriente en bobinas superconductoras = 13000 Amps
• 96 toneladas de He Liquido
• 20 millones de colisiones por segundo. 6 2012
Coloquio ACAC, Noviembre 11
13. ENERGÍA Y LUMINOSIDAD: CLAVES PARA BUSCAR PROCESOS POCO PROBABLES.
Sección eficaz σ Probabilidad de producción de partículas.
σ incrementa con energía de Colisión.
σTOT NHiggs =σHiggs L
Por cada 10
σbbar mil millones
Alta estadística
es indispensable
de colisiones
para buscar el
se produce
σ(nb)
σW 1 Higgs.
Higgs
σZ
Incremento en ECM en factor de
σttbar 4 Incremento en σ en factor
de 50
σHIGGS(MH=150 GeV)
TEVATRON LHC
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 13
ECM (TeV)
17. Detector de silicio
CMS para trayectorias
Calorímetro
electromagnético
Calorímetro
hadrónico
Solenoide
Superconductor
Núcleo de hierro
para campo magnético
Cámaras
de retorno (exterior)
de muones
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012
17
24. Descripción Global de eventos (PFLOW)
Es posible gracias a la alta granularidad y alto campo magnético
Identificación de partículas: optimizada combinación de todos los subsistemas
e,μ,γ, hadrones cargados y neutrales
• Usados en el analisis como una lista de partículas generadas.
• Usados para recosntruir jets, taus, Energía faltante, aislaminento
e identificación de partículas en múltiples colisiones protón-
protón. 24
25. Identificación de quarks y gluones: Jets
Identificación de quarks b: vertice secundario desplazado
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 25
27. Globo
(30 Km)
FLUJO DE
DVDs apilados
DATOS con
1 año de datos
del LHC
(~ 20 Km)
(15 Km)
A pesar de que los eventos
son filtrados:
Rata de acumulación de
datos:~15PetaBytes/año
Monte
Blanco
Equivalent e a escribir un (4.8 Km)
DVD cada 2seg. Suiza
Colisiones independientes Coloquio ACAC, Noviembreparalelizado
Procesamiento 6 2012 2727
29. ESPECTRO DE MASA DE DIMUONES
(Mc2)2=(E+ + E- )2 – (p+ + p-)2
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 29
30. TODA LA FíSICA DEL MODELO ESTÁNDAR HA SIDO
OBSERVADA Y MEDIDA EN EL CMS
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 30
31. Decaimientos del Bosón de Higgs
Masa del bosón de Higgs (GeV/c2)
Quark Top
Decaimientos del Bosón Z0
Bosón
Bosón W
de Higgs
Quark bottom
tauón
γγ gama gama
Fracciones de decaimiento : Branching ratios
32. Decaimientos del Bosón de Higgs
Masa del bosón de Higgs (GeV/c2)
Quark Top
Decaimientos del Bosón Z0
Bosón
Bosón W
de Higgs
Quark bottom
tauón
γγ gama gama
Fracciones de decaimiento : Branching ratios
33. Decaimientos del Bosón de Higgs
Masa del bosón de Higgs (GeV/c2)
Quark Top
Bosón Z0
Bosón
Bosón W
de Higgs
Quark bottom
tauón
γγ gama gama
Fracciones de decaimiento : Branching ratios
34. Decaimientos del Bosón de Higgs
Masa del bosón de Higgs (GeV/c2)
Quark Top
Bosón Z0
Bosón
Bosón W
de Higgs
Quark bottom
tauón
γγ gama gama
Fracciones de decaimiento : Branching ratios
35. Decaimientos del Bosón de Higgs
Masa del bosón de Higgs (GeV/c2)
Quark Top
Bosón Z0
Bosón
Bosón W
de Higgs
Quark bottom
tauón
γγ gama gama
Fracciones de decaimiento : Branching ratios
37. CANALES DE BUSQUEDA
1. p+p H γγ
2. p+p H ZZ l+l-l+l-
3. p+p H τ+τ− l+l-
4. p+p H WW lνlν
5. p+p H bbar
BACKGROUNDS
Procesos con mismos estados finales
que los producidos por el decaimiento
del Higgs.
1. p+p γγ
2. p+p ZZ l+l-l+l-
3. p+p τ+τ− l+l-
4. p+p WW lνlν
5. p+p bbar
Backgrounds hasta6 100.000 veces mayores que señal
Coloquio ACAC, Noviembre 2012 37
38. COMO SE REDUCEN LOS BACKGROUNDS ?
1. Cortes en variables cinemáticas y dinámicas de acuerdo a la topología buscada :
• ET y PT para cada estado final
• Suma de energía para todo el evento
• Numero de jets, µ, e en el evento
• Correlaciones angulares
• Energía transversa faltante
• Masa Invariante
• Etiquetamiento de quarks b
• Correlaciones de variables
2. Definición de discriminadores en análisis multivariados
ET1, pT1,
θ1, φ1
Cat 3 t 1
Cat 0
Cat 4
ETi, pTi,
θi, φi
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 38
39. Candidato
H γγ
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 39
44. CONCLUSIÓN
El experimento CMS ha observado
un nuevo bosón con una masa de
125.3 ± 0.6 GeV
Con una significancia de
5.0 σ
Probabilidad de 99.99994% de obtener una señal por encima del background.
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 44