El misterioso boson de higgs

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El misterioso boson de higgs

  1. 1. EL MISTERIOSOBOSÓN DE HIGGS Carlos Ávila Departamento de Física, Universidad de Los Andes Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 1
  2. 2. CONTENIDO DE LA CHARLA1. 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. 3. FISICA EXPERIMENTAL DE PARTICULAS Toda la materia esta hecha de losQueremos estudiar las mismos constituyentes:componentes mas pequeñasde la materia.Queremos investigar losaspectos mas profundos yfundamentales de la materia. Queremos investigar lanaturaleza del universoinmediatamente después desu origen. 3 Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012
  4. 4. CONSTRUYENDO EL UNIVERSO electrones Átomo de Helioprotones neutrones Si multiplicamos por billones y billones y billones y billones… Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 4
  5. 5. Helio NeonTabla 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. 6. Campo de HiggsColoquio ACAC, Noviembre 6 2012 6
  7. 7. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 7
  8. 8. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 8
  9. 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. 10. COMO SE BUSCA EL HIGGS?HERRAMIENTAS NECESARIAS:1. ACELERADOR DE PARTÍCULAS: LEP, TEVATRON, LHC2. DETECTOR : DELPHI, L3, OPAL, ALEPH,D0, CDF, ATLAS, CMS3. ALTA CAPACIDAD DE COMPUTO: COMPUTACIÓN GRID4. SOFTWARE ESPECIALIZADO: SIMULACIÓN Y ANALISIS DE DATOS LHC CMS CERN-GRID Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 10
  11. 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. 12. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 12
  13. 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 produceσ(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. 14. LUMINOSIDAD N =σ L ; [L]= cm-2seg-1 N= # particulas/seg Estadística acumulada=∫Ldt=Luminosidad integrada LUMINOSIDAD CMS 2011: Lint.=5.5 fb-1TEVATRON LCH EXP. D0 EXP. CMS Esperada 2012: Lint.>25 fb-1 Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 14
  15. 15. El EXPERIMENTO CMS Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 15
  16. 16. DETECTOR CMS(Compact Muon Solenoid) Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 16
  17. 17. Detector de silicioCMS para trayectorias Calorímetro electromagnético Calorímetro hadrónicoSolenoideSuperconductor Núcleo de hierro para campo magnético Cámaras de retorno (exterior) de muones Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 17
  18. 18. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 18
  19. 19. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 19
  20. 20. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 20
  21. 21. 21Peso:14000 toneladas; Longitud=28.7 m; Diámetro: 15m Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012
  22. 22. Uniandes en CERNCamilo AlbertoCarrillo Ocampo Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 22
  23. 23. Registro de diversas partículas en CMS 23 Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012
  24. 24. Descripción Global de eventos (PFLOW) Es posible gracias a la alta granularidad y alto campo magnéticoIdentificación 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. 25. Identificación de quarks y gluones: JetsIdentificación de quarks b: vertice secundario desplazado Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 25
  26. 26. PILEUPInteracciones simultaneas p-p ~ 20 en promedio Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 26
  27. 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. SuizaColisiones independientes Coloquio ACAC, Noviembreparalelizado Procesamiento 6 2012 2727
  28. 28. Colaboración CMS yComputación Grid del LHC CERN 28
  29. 29. ESPECTRO DE MASA DE DIMUONES (Mc2)2=(E+ + E- )2 – (p+ + p-)2 Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 29
  30. 30. TODA LA FíSICA DEL MODELO ESTÁNDAR HA SIDO OBSERVADA Y MEDIDA EN EL CMS Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 30
  31. 31. Decaimientos del Bosón de Higgs Masa del bosón de Higgs (GeV/c2) Quark Top Decaimientos del Bosón Z0 Bosón Bosón Wde Higgs Quark bottom tauón γγ gama gamaFracciones de decaimiento : Branching ratios
  32. 32. Decaimientos del Bosón de Higgs Masa del bosón de Higgs (GeV/c2) Quark Top Decaimientos del Bosón Z0 Bosón Bosón Wde Higgs Quark bottom tauón γγ gama gamaFracciones de decaimiento : Branching ratios
  33. 33. Decaimientos del Bosón de Higgs Masa del bosón de Higgs (GeV/c2) Quark Top Bosón Z0 Bosón Bosón Wde Higgs Quark bottom tauón γγ gama gamaFracciones de decaimiento : Branching ratios
  34. 34. Decaimientos del Bosón de Higgs Masa del bosón de Higgs (GeV/c2) Quark Top Bosón Z0 Bosón Bosón Wde Higgs Quark bottom tauón γγ gama gamaFracciones de decaimiento : Branching ratios
  35. 35. Decaimientos del Bosón de Higgs Masa del bosón de Higgs (GeV/c2) Quark Top Bosón Z0 Bosón Bosón Wde Higgs Quark bottom tauón γγ gama gamaFracciones de decaimiento : Branching ratios
  36. 36. Decaimientos del Bosón de HiggsFracciones de decaimiento : Branching ratios
  37. 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 bbarBackgrounds hasta6 100.000 veces mayores que señal Coloquio ACAC, Noviembre 2012 37
  38. 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 multivariadosET1, pT1,θ1, φ1 Cat 3 t 1 Cat 0 Cat 4ETi, pTi,θi, φi Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 38
  39. 39. Candidato H γγColoquio ACAC, Noviembre 6 2012 39
  40. 40. H γγ 40
  41. 41. μ+(Z1) pT : 43 GeV Candidato H ZZ 8 TeV DATA e-(Z2) pT : 10 GeV 4-lepton Mass : 126.9 GeVμ-(Z1) pT : 24 GeV e+(Z2) pT : 21 GeV 41 41
  42. 42. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 42
  43. 43. COMPARACIÓN DE TODOS LOS CANALES CON M.E. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 43
  44. 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 σProbabilidad de 99.99994% de obtener una señal por encima del background. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 44
  45. 45. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 45
  46. 46. Uniandes en CERN Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 46
  47. 47. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 47
  48. 48. 48Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012
  49. 49. Nov. 1 2012 Firma Convenio CERN-COLCIENCIAS Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 49
  50. 50. Coloquio ACAC, Noviembre 6 2012 50

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