El LHC más cerca de hallar el Bosón de Higgs; primer evento con bosones Z


El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en Ginebra, ha producido su primer par de bosones Z, según los datos publicados por el Compact Muon Solenoid (CMS). Logra ver el primer par es un paso importante en la caza del colisionador de gigante para encontrar el bosón de Higgs, ya que la generación y análisis de muchos más eventos cómo éste pueden constituir una de las firmas principales del Higgs.

El bosón de Higgs es la última pieza que falta en el Modelo Estándar de física de partículas y se le atribuye ser el responsable de la masa de éstas . El LHC, se afana en chocar protones entre sí a energías de hasta 14 TeV, y se espera que sea capaz de encontrar el escurridizo bosón- si se asume que el bosón de Higgs existe realmente.

La evidencia de la existencia del bosón de Higgs no vendrá con una sola observación. En cambio, los físicos deben acumular datos relativos a la distribución de energía de las partículas que decae en ellas. Una de las firmas más limpias de esto, es la transformación del Higgs en dos bosones Z – las partículas que son  portadores de la fuerza nuclear débil. Los bosones Z después de decaer en pares de partículas cargadas pesadas conocidas como muones, dejarán una huella inconfundible en un detector.

Ahora, el primer evento parecido generado en el LHC ha sido visto por CMS – uno de los dos enormes detectores del colisionador de propósito general. El CMS está formado por capas concéntricas de detectores de partículas situado en el interior y alrededor de un imán superconductor de 4 Teslas. Cualquier bosón Z producido por colisiones protón-protón en el centro de la cavidad es demasiado débil para ser detectados por los instrumentos. Sin embargo, los muones pasado el suficiente tiempo viajan fuera del punto de colisión y recorren todos los sensores internos. A continuación, atraviesan una serie de capas llenas de gas que revela su trayectoria a través de la ionización de este gas. El movimiento de partículas cargadas se inclina debido a un campo magnético de tal manera que la curvatura de las trayectorias de los muones revela su impulso.

Los datos de la CMS, obtenidos en las primeras horas del 24 de septiembre, revelan claramente las huellas de los cuatro muones (véase el gráfico). Y las masas de estos muones, agrupadas en dos pares, da lugar a valores de la masa de Z de poco más de 92 GeV, que está muy cerca de la masa del Z conocido. El colaborador del CMS, Tommaso Dorigo, de la Universidad de Padova en Italia, se muestra encantado con el resultado.

Pero Dorigo ha dicho que este resultado por sí solo no proporciona ninguna evidencia de que el bosón de Higgs exista. Señala que los pares de bosones Z puede ser producido directamente por las colisiones de protones y no requieren la creación intermediara  del bosón de Higgs. De hecho, dice, es probable que eso fuera lo que sucedió en este caso. Mostrar que el bosón de Higgs existe implicará la observación de muchos pares de ZZ y representar la distribución de la masa de los pares. Si las parejas se producen sólo en la reacción directa a continuación, esta distribución debe ser bastante plana, pero si en cambio el bosón de Higgs se encarga de la distribución, debe presentar un pico en un valor particular – la masa del Higgs.

Es muy probable que se necesiten muchos más datos para probar que este pico existe, y por lo tanto el tiempo que el equipo necesite para hallar el Higgs es difícil de determinar porque la fracción de eventos ZZ que se derivarían de la desintegración del Higgs depende de la masa del Higgs, que no es conocida. Por encima de unos 180 GeV – la masa combinada de dos Zs – el bosón de Higgs puede fácilmente descomponerse en un Z-par, pero con una menor masa sería mucho más probable que decaiga en otras partículas que no son tan fáciles de detectar.

“Para una determinada masa del Higgs sabemos cuántos pares de Z se necesitan, y por lo tanto el número de cuatrillizos de muones, que deben elaborarse. Pero como no sabemos la masa, la fracción de los acontecimientos de muones que se debe a un Higgs podría ser menor que un décimo o más alto en unas décimas”, señala Dorigo.

Por lo tanto, Dorigo es reacio a especular sobre cuando él y sus colegas podrían finalmente dar con el Higgs. Pero en términos redondos, dice que es probable que se necesiten alrededor de 100 pares de Zs, que según reconoce, significa alrededor de 100 veces la cantidad de datos recogidos hasta el momento de colisión. Esto sería alrededor de cinco veces la cantidad de datos que se acumulan antes de que el colisionador deba apagarse para una actualización de energía total a finales de 2011, lo que significa que las pruebas concluyentes de un decaimiento del Higgs a pares ZZ antes de ese momento son poco probables (aunque otras firmas de deterioro podrían permitir su descubrimiento con menos datos).

Sin embargo, el miembro del equipo ATLAS, Andy Parker, de la Universidad de Cambridge señala que el acelerador Tevatron del Fermilab podría haber prolongado su vida útil hasta 2014, lo que podría causar que el CERN retrasara la actualización un año. Él dice que cualquier decisión sobre la conveniencia de ampliar el plazo actual dependerá de cómo funcione el acelerador el próximo año, pero cree que este año ha ido excepcionalmente bien y que el CERN aún podría decidir ejecutar la actualización 2012. “De cualquier manera, con la última muestra de resultados del CMS  sobre los experimentos del LHC  disponemos de suficientes datos para iniciar la búsqueda del Higgs en serio.”, asegura.

Se puede acceder a un informe completo de los resultados en el siguiente enlace

Autor: Edwin Cartlidge

Enlace original:  LHC sees its firts ZZ event

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