Luís Fernando Muñoz Martínez Búsqueda del Bosón de Higgs del ME Decayendo a Quarks Bottom en el LHC: Reporte Universidad de los Andes Departamento de Física.

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1 Luís Fernando Muñoz Martínez Búsqueda del Bosón de Higgs del ME Decayendo a Quarks Bottom en el LHC: Reporte Universidad de los Andes Departamento de Física Seminario de Altas Energías Bogotá-Colombia-9/5/2012

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3 Orden a seguir IntroducciónProducción y decaimientos del Higgs del ME en el LHCÚltimos resultados de la búsqueda del HiggsBúsqueda del Higgs decayendo a quarks bottom Jets en colisiones pp b-jets en colisiones pp Identificación de jets y b-jets en CMS Resultados Conclusiones

4 El bosón de Higgs es una partícula elemental teórica predicha por el Modelo Estándar (ME) de física de partículas. Es la única partícula del ME que aún no ha sido observada. Apodada la ‘´partícula de Dios’ por el premio nóvel de física Leon Lederman, el bosón de Higgs se cree que dota de masa a todas las otras partículas del universo. El ME actual no da ninguna explicación de cómo algunas partículas llegan a tener masas. Introducción

5 El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) está haciendo colisiones de protones con energías en el centro de masa del orden de los TeV. Los protones están hechos de partones (quarks y gluones) Colisiones de interés: entre dos partones (uno de cada protón) Producción de partículas finales con altos momentos perpendiculares a la dirección del haz Alto momento tranverso Colisiones duras Introducción Momento transverso

6 6 Producción del Higgs del ME en el LHC es el mecanismo de producción dominante. es el mecanismo de producción dominante.

7 Modos de decaimiento del Higgs del ME

8 Detector CMS Detector de carácter general cuyo propósito es el estudio de física protón-protón, encontrar evidencias experimentales de la existencia del bosón de Higgs y estudiar física mas allá del Modelo Estándar.

9 Últimos Resultados de la Búsqueda del Higgs

10 Búsqueda del Higgs del ME en el Tevatrón

11 Búsqueda del Higgs en CMS y ATLAS durante el 2011

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13 Aparece un leve exceso de la señal alrededor de 125 GeV Excelentes resultados de búsqueda del Higgs durante el 2011.

14 Combinación no oficial de Philip Gibbs para la búsqueda del Bosón de Higgs. Leve exceso alrededor de 125GeV que apunta hacia la presencia de un bosón de Higgs.

15 Búsqueda del Higgs decayendo a quarks bottom

16 16 Jet Partón primario Proceso de fragmentación Dispersión dura Hadrones Señales en el detector Jets en colisiones pp Un jet es la totalidad de las partículas o señales medidas que pueden ser directamente relacionadas con una partícula primaria de un proceso de dispersión dura.  Mapeo de los estados finales hadrónicos a los estados iniciales partónicos del evento.

17 b-jets en Colisiones pp La fragmentación dura, tiempos de vida largos y altas masas de Hadrones B, y la alta fracción relativa de decaimientos semileptónicos distinguen a los b-jets de los que se originan de gluones, quarks ligeros y de quarks-c. Tanto el detector CMS como ATLAS son capaces de aprovechar tales características para identficar b-jets con la ayuda de muchos algoritmos (b-tagging).

18 1) Reconstrucción de jets con el algoritmo de tipo “cono” Las trazas reconstruidas con energías transversas E T son proyectadas sobre una red en el espacio η-φ Método iterativo sobre todas las partículas en aceptancia central Parámetros de búsqueda definidos: Radio del cono R = 0.5 (rad). Mínima energía del jet: 5 GeV. Mínimo momento transverso de la partícula líder: 1 GeV/c. líder partículas R cono   x z y 2 jets3 jets Identificando jets

19 Identificando b-jets 2) Identifiando b-jets con el Algoritmo “Simple Secondary Vertex ” Este algoritmo se basa sobre la reconstrucción de al menos 1 vértice secundario desplazado, combinando trazas dentro jets previamente etiquetados. El parámetro que se tiene en cuenta para discriminar es Lxy. Identificando b-jets con el Algoritmo “Combined Secondary Vertex ” Este algoritmo es mucho mas complejo y combina la información sobre los parámetros de impacto de las trazas (d0) y vértices secundarios dentro de jets para identificar los b- jets. Uno de los requerimientos es que d0<2mm En el caso de trazas que provengan de un vértice secundario, el parámetro de Impacto d0 es significativamente grande

20 Resultados-CMS No se observa ningún exceso relevante.

21 Resultados-ATLAS

22 No se observa ningún exceso relevante.

23 Conclusiones  CMS ha buscado el bosón de Higgs del ME en 8 canales distintos del decaimiento del Higgs con hasta 4.8/fb de datos y barriendo un rango de masas entre 110 y 600 GeV.  Un exceso de baja masa se observa alrededor de 125 GeV, pero con una significancia reducida (CMS)  ATLAS ha buscado el bosón de Higgs del ME en 7 canales distintos del decaimiento del Higgs con hasta 4.9/fb de datos y barriendo un rango de masas entre 110 y 600 GeV.  Al igual que CMS, en ATLAS se observa un leve exceso de la señal alrededor de 125 GeV.  Tanto en CMS como en ATLAS no se observa ningún exceso significativo en el modo : VH(bb)  se necesita mas luminosidad integrada para mejorar el análisis. La caza del bosón de Higgs en el LHC continua a toda marcha!

24 Gracias!

25 Implicaciones de un descubrimiento del Higgs Todo encajaría! ¿Pero, como explicar la masa del neutrino?

26 Si el bosón de Higgs no se encuentra? Muchos ideas y trabajo se necesitarán para:  Entender cómo ha habido un impresionante acuerdo teoría-experimentos.  Encontrar un mecanismo de generación de masa alternativo. Solución?

27 El bosón de Higgs es la última ‘pieza perdida’ del ME y el 5to miembro de la familia bosónica (pero no es intermediario de ninguna fuerza). El higgs es una partícula que dota de masa a todas las otras partículas que normalmente tiene masa. La partícula de Higgs crea un campo de Higgs que permea todo el espacio- tiempo. La partícula de Higgs y su correspondiente campo son de vital importancia en orden a entender y validar el ME, ya que el Higgs se le considera el responsable de que algunas partículas tengan masa. El esquivo bosón de Higgs es tan importante para el ME, que si no existe (no se detecta), no seremos capaces de explicar el origen de la masa. De: The Remote Sensing Tutorial, Nicholas Short El bosón de Higgs en contexto

28 Para que el ME conserve su simetría, todas las partículas tienen que ser sin masa. Esto no es posible ya que a través de experimentos sabemos que los bosones intermediarios de la fuerza débil tienen masa. El mecanismo de Higgs fue introducido originalmente para permitir que los bosones W y Z tuvieran masa. Los Físicos encontraron que también este mecanismo servia para darle masa a los fermiones. El ME actual no da ninguna explicación de cómo algunas partículas llegan a tener masas. Source: CERN Porqué se necesita el Higgs?

29 El Modelo Estándar ¿Cuál es el origen de las masas de las partículas? ¿ porqué hay un amplio rango de masas de quarks? ¿ porqué hay un amplio rango de masas de leptones? ¿ porqué los neutrinos tienen masas tan pequeñas? ¿ porqué el W y el Z tienen masas, pero el fotón y el gluón no?

30 Complejo de acelereradores en el CERN El LHC produce colisiones pp a una energía de centro de masa de 14 TeV.

31 Detectores CMS y ATLAS Detector de carácter general cuyo propósito es el estudio de física protón-protón, encontrar evidencias experimentales de la existencia del bosón de Higgs y estudiar física mas allá del Modelo Estándar.

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33 Número total de hits (pixel+strips) >= 8 Numero de hits del S. de pixeles >= 2 d0 < 0.2 cm dz < 17 cm PT > 1.0 GeV/c  2 /ndof del ajuste < 5.0  R al eje del jet < 0.5 B-tagging en el CMS