En la búsqueda de nuevas partículas, la partícula de Higgs es uno de los candidatos más famosos que se menciona. Podría ayudar a demostrar una teoría que fue planteada a mediados de los años 60 del siglo 20 que describe un mecanismo que da masa a todas las partículas del modelo estándar. Se puede derivar de simetrías que todas las partículas elementales tenían masa nula inmediatamente después del Big Bang. La teoría sospecha que un medio viscoso, que se llama campo de Higgs, se extendió a través de nuestro Universo una mil millonésima de segundo después del Big Bang. Ya que desde ese momento se requiere energía para acelerar las partículas elementales dentro de este medio, sus masas son diferentes de cero. Para probar el campo de Higgs tiene que ser excitado de alguna manera como creando pequeñas corrientes. El cuanto del campo de Higgs es la partícula de Higgs. Es masiva y de corta vida. Antes de mostrar su existencia se desintegra en otras partículas. Por lo tanto, sólo se puede encontrar en base a sus productos de desintegración. En cuales partículas decae previsiblemente el Higgs depende de su masa. Pero este valor no se conoce todavía. Es por eso que los físicos están buscando varias señales que pertenecen a todos los posibles decaimientos del Higgs. En el diagrama de abajo, basado en cálculos teóricos y que contiene resultados experimentales recientes de ATLAS y CMS, se muestran las fracciones (eje y) de los procesos de desintegración más importantes de la partícula de Higgs. Adicionalmente, pueden verse áreas sombreadas en el interior de los diagramas. Estas áreas de masas teoréticamente posibles han sido, bien recientemente excluídas tras los análisis de ATLAS y CMS en el LHC ( con 95% de límite de confianza) o fueron excluídas por el predecesor del LHC, el experimento LEP, hace 10 años. La influencia de la masa del Higgs (eje x) en esas fracciones queda claro también.



Pon atención a la línea a rayas azul (indicada con WW). Como es imposible demostrar la partícula de Higgs observando excesos en sucesos con pares de quarks b anti-b ( debido a la gran cantidad de ruido), esta línea nos dice: La desintegración de la partícula de Higgs en dos partículas W es el modo de desintegración más probable globalmente y en el rango de masas aún permitido. Estas W's tendrán carga eléctrica opuesta ya que la partícula de Higgs es eléctricamente neutral.

Aquí está el problema: Si un Higgs decae en dos W se mostrará como la producción de dos partículas W cargadas eléctricamente de forma opuesta. Este proceso de producción está permitido por el modelo estándar y no tiene nada que ver con la producción del Higgs (ver el diagrama de Feynmann de abajo) Aún peor: El último proceso (producción de dos W sin participación del Higgs) es mucho más frecuente ( dependiendo de la masa entre 4 y 10 veces). Pero ¿cómo distinguir entre ambos procesos? Bien, observando simplemente el visualizador de sucesos !no podemos! Pero con la ayuda de cantidades físicas adicionales ( que tienes que aprender para entender cómo manejarlas) podemos distinguir mejor entre ambos procesos. Los físicos de partículas le llaman a este procedimiento: mejorar la razón señal/ruido. Incluso queremos especializarnos en la búsqueda del Higgs en el canal WW. Pero las partículas W decaen independientemente una de otra de acuerdo a las leyes del Modelo Estándar. Una de las partículas W puede decaer en un par de quark y antiquark o leptón y antileptón. Queremos mirar el modo en el que ambas partículas W decaen en un par de leptón y antileptón , excluyendo los taus debido a su complicada identificación. Los físicos le llaman, a este modo de desintegración H→WW→lνlν o WW→lνlν en corto, dónde l indica un electrón, muón, positrón o anti-muón. Para incrementar la razón de señal a ruido en el modo de desintegración escogido nos concentraremos en el ángulo entre los dos leptones detectables en el plano perpendicular a la pipa del haz. Este ángulo se llama ángulo de apertura. Considerando las relaciones de spín de las partículas producidas esperamos que los sucesos de Higgs resulten principalmente a ángulos menores de 90 grados mientras que los sucesos WW del Modelo Estándar aparecen en todo el rango angular con preferencia a ángulos mayores de 90 grados. Esto puede verse muy bien en los histogramas.

Aquí hay dos diagramas de Feynmann más mostrando la producción y desintegración del Higgs y de un suceso de ruido (en este caso, producción de un par de quarks top)

Y ahora, puedes encontrar esta partícula ¡vamos a la medida!

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