Documento usado en la presentación en la Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia.

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

6. Campo de Higgs
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 6

7. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 7

8. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 8

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
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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

12. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 12

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)

14. LUMINOSIDAD N =σ L ; [L]= cm-2seg-1
N= # particulas/seg
Estadística acumulada=∫Ldt=Luminosidad integrada
LUMINOSIDAD
CMS
2011:
Lint.=5.5 fb-1
TEVATRON LCH
EXP. D0 EXP. CMS Esperada
2012:
Lint.>25 fb-1
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15. El EXPERIMENTO
CMS
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 15

16. DETECTOR CMS
(Compact Muon Solenoid)
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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

18. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 18

19. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 19

20. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 20

21. 21
Peso:14000 toneladas; Longitud=28.7 m; Diámetro: 15m
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012

22. Uniandes en CERN
Camilo
Alberto
Carrillo
Ocampo
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 22

23. Registro de diversas partículas
en CMS
23
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012

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
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26. PILEUP
Interacciones simultaneas p-p ~ 20 en promedio
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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

28. Colaboración CMS y
Computación Grid del LHC
CERN
28

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

36. Decaimientos del Bosón de Higgs
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
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39. Candidato
H γγ
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40. H γγ
40

41. μ+(Z1) pT : 43 GeV
Candidato
H ZZ
8 TeV DATA e-(Z2) pT : 10 GeV
4-lepton Mass : 126.9
GeV
μ-(Z1) pT : 24 GeV
e+(Z2) pT : 21 GeV
41
41

42. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 42

43. COMPARACIÓN DE TODOS LOS CANALES CON M.E.
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 43

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.
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45. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 45

46. Uniandes en CERN
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 46

47. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 47

48. 48
Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012

49. Nov. 1 2012 Firma Convenio
CERN-COLCIENCIAS
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50. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 50