1 Entendiendo los resultados sobre el bosón de Higgs Alberto Gago Sección Física - PUCP

2 De qué estamos hechos?

3 Partículas elementales las Tres Familias de la Materia

4 Fuerzas fundamentales Gravitación Fuerte fuerzas que no percibimos en la vida cotidiana Electromagnética Débil

5 Fuerzas fundamentales Partículas +Interacciones = Modelo Estándar

6 Mecanismo de Higgs-Kibble- Guralnik-Hagen-Englert-Brout El modelo estándar (ME) se construye bajo principios de simetría que exigen que todas las partículas tengan masa nula. Mecanismo de Higgs Peter Higgs Problema : los bosones mediadores de las fuerzas débil tienen masa ya que el alcance de estas fuerzas es finito.

7 Mecanismo de Higgs

8 Boson de Higgs

9 Otra analogía

10 Ruptura espontánea de simetría electrodébil partículas de masa nula partículas de masa no nula RES Intensidad del campo

11 Modelo Estándar

12 Interacciones del bosón de Higgs El Higgs no interacciona directamente ni con los gluones ni con los fotones La intensidad de la interacción del Higgs con las partículas es proporcional a la masa de estas. Interacciona más fuerte con partículas que tienen vida corta (t,W,Z). No interacciona con partículas sin masa de manera directa (fotones y gluones)

13 Modos de decaimiento del Higgs

14 Modos de producción del Higgs

15 Producción y decaimiento Decaimiento Producción BR(H) = probabilidad de que el Higgs producido decaiga a través de un modo determinado Probabilidad de que a partir de una colisión proton-proton se produzca un Higgs 1pb = 1 picobarn = 10 -36 cm 2 =10 3 femtobarn

16 Conversión Masa-Energía E=mc 2 A menor longitud de onda podemos observar objetos más pequeños. Física de Partículas Elementales =Física de Altas Energías Energía pequeña Energía grande Partículas se comportan como ondas A mayor energía, menor longitud de onda

17 ¿Cómo se estudia al Higgs ? Colisión de haces Detección: Energía Impetu-TrayectoriaCarga eléctricaTipo

18 Luminosidad y número de Higgs El número de Higgs que se producirían en un modo específico de decaimiento y durante un tiempo dado es: Por ejemplo el número de Higgs de masa de 125 GeV que se producirían en el modo  es: El Tevatron en 24 años ha colectado 12 fb -1 ! !

19 LHC – Large Hadron Collider Campos Eléctricos aceleran las partículas Campos Magnéticos dan la trayectoria circular ATLAS ALICE CMSLHCb

20 ATLAS 44 m 22 m 7000 tons

21 ATLAS Un poco de cinemática relativista : Masa invariante de dos fotones Masa de Higgs Energía de los dos fotones ángulo entre ellos  Vértice de producción

22 ATLAS Señal de Higgs Energía# Eventos 7 TeV 79 8 TeV110

23 ATLAS Probabilidad de que el background (ruido) explique los datos Máxima desviación del background Significancia local: 4.5   TeV - 3.3   TeV - 3.3  Significancia global: 3.6  Valor de p 0 para un masa M H dada

24 ATLAS H ZZ 4 leptones

25 ATLAS Datos - M H (GeV) - p 0 - significancia local 2011 125 0.011 2.3  2012 125.5 0.004 2.7  2011+2012 125 0.0003 3.4 

26 ATLAS M H (GeV) – significancia local – significancia global 126. 5 5.0  4.3 

27 ATLAS 1  2 

28 ATLAS – 10/09/2012 ATLAS – CONF – 2012 - 127 Compatibilidad con Higgs del ME. producción decaimiento

29 CMS 15 m 22 m 12,500 tons

30 CMS M H (GeV) – significancia local – signficancia global 125 4.1  3.2 

31 CMS M H (GeV) – significancia local – significancia global 125.6 3.2  3.1 

32 No se puede reconstruir energía directamente en el estado final CMS No se puede reconstruir la masa del Higgs. Valor esperado sin Higgs

33 CMS Los valores observados son consistentes con los esperados sin Higgs

34 CMS

35 CMS-resultados combinados Canal – significancia local  bb 0.4   5.0   WW 5.1   WW  bb 5.0  @ 125.5 GeV

36 CMS  Compatibilidad con Higgs MS Medida de la masa

37 ATLAS – 10/09/2012 Adicionalmente se ha asumido diferentes factores de escala para los distintos acoplamientos buscando desviaciones del MS, e.g. : Correlación k v versus k F El ME predice k v =k F =1