CMS publica los primeros resultados de la búsqueda del boson de Higgs en colisiones a 7 TeV en el LHC

La colaboración del experimento CMS del CERN hizo público a principios de marzo su primer artículo sobre la búsqueda del boson de Higgs en el LHC durante el año 2010, en el que el acelerador estuvo operando a una energía de 7 teraelectronvoltios (TeV). El análisis, en el que han participado directamente dos investigadoras del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC) y la Universidad de Oviedo, establece que aún no hay datos suficientes para encontrar esta partícula, que explicaría el origen de la masa del resto, y restringe aún más su rango de masa respecto a los últimos resultados obtenidos en el Tevatron de los EE.UU., incluso en escenarios teóricos que contemplan una generación extra de partículas elementales.
Si existe, el boson de Higgs podría explicar porqué los bosones W y Z, responsables de la interacción débil (una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza junto con la interacción fuerte, la electromagnética y la gravedad), tienen masa. Este es uno de los principios fundamentales del Modelo Estándar de Física de Partículas, la teoría aceptada actualmente que describe las partículas fundamentales y sus interacciones.
El artículo de CMS, “First Measurement of W+ y W-  Production and Search for Higgs Boson in pp Collisions at √s= 7 TeV”, es la primera medida de la probabilidad de colisión de la producción de este tipo de partículas producido en el experimento y su correspondiente búsqueda del Higgs a través de su transformación (decaimiento) en bosones W+ y W- . Cada boson W es observado en CMS a través de su transformación en un leptón cargado (electrón o muón); el neutrino correspondiente no es detectado.
Los datos usados para este análisis comprenden los eventos registrados durante el periodo de funcionamiento de las colisiones entre protones a 7 TeV en centro de masas de 2010, lo que supone una luminosidad (estimación del número de colisiones registradas) de 35,5 picobarns inversos. Según el artículo de CMS, los datos obtenidos en el primer año de funcionamiento del LHC a este nivel de energía son insuficientes para detectar el boson de Higgs propuesto en el Modelo Estándar. Para detectarlo habría que incrementar el número de colisiones en un factor 10 al menos.
Sin embargo, algunos físicos teóricos postulan la existencia de una generación extra de partículas fundamentales (quark y leptones) además de las tres ya observadas hasta ahora por el Modelo Estándar. Si esta teoría fuera cierta, la producción del Higgs podría haber sido observada en los datos tomados por CMS en 2010, cosa que se descarta en este artículo.
No encontrar evidencias del Higgs en sus datos de 2010 permite excluir el rango de masas del boson de Higgs entre los 144 y los 207 GeV, con un nivel de confianza del 95% y en modelos teóricos que comprenden una cuarta generación de quarks y leptones. Esta restricción es más estricta que la establecida por resultados similares obtenidos en el Tevatron de Fermilab.
Lara Lloret, de la Universidad de Oviedo, y Clara Jordá, del IFCA, que han participado directamente en este estudio y están realizando sus tesis doctorales en la búsqueda del boson de Higgs en este proceso, comentan la importancia de este resultado, por una parte porque se ha medido el proceso de producción de dibosones WW predicho dentro del modelo Estándar, que es el fondo básico para la búsqueda del boson de Higgs, y por otra porque aun con baja luminosidad se ha obtenido ya un resultado en la búsqueda del boson de Higgs que sienta las bases para el estudio a realizar en 2011 y 2012, donde ya previsiblemente será posible descubrir dicha partícula o excluirla completamente si no existe.
El inminente inicio del funcionamiento del LHC en 2011 y 2012 debería facilitar suficientes datos a los experimentos del acelerador para detectar el boson de Higgs propuesto en el Modelo Estándar si existe, incluso si hay solo tres generaciones de quarks y leptones. Además del IFCA y la Universidad de Oviedo, en la búsqueda del Higgs en CMS participa también el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), mientras que la Universidad Autónoma de Madrid lo hace en el sistema de adquisición de datos o trigger.
La participación española en el LHC es promovida a través del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider 2010 formado por 26 grupos de investigación que trabajan en proyectos científicos internacionales situados en la frontera del conocimiento.