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» » » » » » » Sobre la señal de un posible segundo bosón de Higgs observado en CMS

La merienda de esta tarde es suculenta. Lubos Motl, “CMS: 2.93σ hint of a second Higgs boson at 136.5GeV,” TRF, 1 Jul 2013, afirma sin rubor que hay indicios a 3 sigmas de la existencia de un segundo bosón de Higgs con una masa de 136,5 GeV/c², además del ya famoso Higgs con 125,5 GeV/c². De ser cierto, sería el primer indicio firme a favor de la supersimetría. Pero no cantemos victoria tan pronto. La nueva señal se ha encontrado aplicando un contraste de hipótesis a los datos sólo para el canal difotónico (desintegración de un Higgs en dos fotones) considerando como señal de fondo el pico de la señal para un bosón de 125 GeV/c² con una anchura teórica de 6 GeV, cuando el bosón de Higgs que se ha observado tiene una masa de 125,5 GeV/c² y una anchura de 6,9 GeV (ambos valores al 95% CL). En mi opinión, la señal observada a 2,93σ para un nuevo Higgs tiene pinta de ser una fluctuación estadística amplificada por la técnica de análisis utilizada y no superará futuros análisis más rigurosos desde el punto de vista estadístico. Aún así, supongo que dará bastante que hablar las próximas semanas. El artículo técnico es The CMS Collaboration, “Properties of the observed Higgs-like resonance decaying into two photons,” CMS PAS HIG-13-016, 01 Jul 2013.


Esta figura muestra el resultado obtenido con la misma técnica separando los bosones de Higgs producidos sólo por fusión de gluones (izquierda) y sólo por fusión de bosones vectoriales (derecha). Lubos Motl en su entrada, de nuevo sin ningún tipo de rubor, combina los resultados de estas figuras para un segundo Higgs con 136,5 GeV/c², una señal en exceso a 2,73σ en la parte izquierda y una señal a 2,15σ en la parte derecha, obteniendo un valor de 3,47σ (que obviamente difiere de los 2,93σ del artículo oficial porque el número de eventos en ambos casos es diferente). Una señal a 3,5σ de un segundo Higgs es lo que muchos expertos en supersimetría están esperando desde hace mucho tiempo y Lubos es su gran portavoz en la blogosfera.

Sin embargo, pongamos los pies en la tierra. Las dos figuras por separado muestran una señal mucho menos clara que la figura combinada en relación a la calidad del procedimiento de análisis utilizado (pues ni las amplitudes ni las anchuras de los picos para el Higgs con 125 GeV/c² están tan bien ajustadas). Todo ello hace sospechar de que estamos ante un artefacto del algoritmo de análisis utilizado (repito, quizás combinado con una fluctuación estadística a favor).

Este nuevo estudio de la Colaboración CMS en el canal de desintegración del bosón de Higgs en dos fotones ha utilizado 5,1 /fb (inversos de femtobarn) de datos de colisiones protón-protón a 7 TeV c.m. (año 2011) y 19,6 /fb de colisiones a 8 TeV c.m. (año 2012). Se ha buscado la señal de un segundo Higgs en el intervalo entre 110 GeV/c² y 150 GeV/c². Me gustaría destacar que CMS no ha observado ninguna señal del segundo Higgs en ningún otro canal y que en el caso de que hubiera dos Higgs con una masa tan próxima sería de esperar que el Higgs a 125,5 GeV/c² difiera más de lo observado hasta ahora respecto a la predicción del modelo estándar.


Además, se puede comparar el resultado observado para la amplitud de la señal observada con la predicción teórica para una modelo de dos Higgs (2HDM). Llamando Δm a la diferencia de masas entre ambos Higgs (m(H2) = m(H) + Δm) y llamando x a la amplitud relativa de ambas señales (sea r la señal para un solo Higgs, xr para el Higgs de menor masa y (1-x)r para el de mayor masa). Esta figura muestra una discrepancia entre la predicción teórica (punto señalado con un “+”) y el resultado observado en los experimentos.

Habrá que esperar a ver qué tiene que decir al respecto ATLAS, el otro gran experimento del LHC. Por ahora no muestra ninguna señal de un segundo Higgs, aunque el análisis análogo al realizado por CMS aún no se ha publicado y ni siquiera sé si habrá sido realizado (aunque supongo que no tardará en ser realizado). Aún así, todo apunta a que la señal observada de un segundo Higgs dará mucho que hablar, pero acabará desapareciendo en el olvido cuando se combinen los datos de CMS y ATLAS para el canal difotónico. Espero equivocarme y pecar de conservador, pero la nueva señal me parece poco fiable.

PS (02 de julio): Algunos creen que se trata de una broma de 1 de julio. Yo no estoy de acuerdo, como comenté ayer en Twitter. La señal ya se observaba en los análisis MVA mass-factorized publicados a principios de año por CMS, aunque no aparecía en los análisis cut-based, como muestra esta figura (Albert De Roeck, “Higgs Physics at CMS,” LP13, Slides, 24 June 2013).


El experimento ATLAS no observa ningún tipo de anomalía en este canal, como muestra esta otra figura (Karl Jakobs, “Higgs boson physics at ATLAS,” LP13, Slides, 24 June 2013).


¿Por qué afirmo que la señal de un segundo Higgs tiene su origen en el análisis de los datos? Porque la la señal de CMS se observa con una de las técnicas de análisis, pero no se observa con la otra, y además se observa claramente en los datos a 7 TeV c.m. pero casi no se observa en los datos a 8 TeV. Pero mí es bastante obvio que la técnica de análisis estadístico de los datos está detrás del origen de esta anomalía (pero no soy experto en el análisis estadístico de datos de colisiones; habrá que esperar a ver qué dice Tommaso Dorigo, que presume de serlo).

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