Cosmonautas de la autopista, a la manera de los viajeros interplanetarios que observan de lejos el rápido envejecimiento de aquellos que siguen sometidos a las leyes del tiempo terrestre, ¿qué vamos a descubrir al entrar en un ritmo de camellos después de tantos viajes en avión, metro, tren? Julio Cortázar.
Desde Buenos Aires, Argentina

4/9/18 - DJ:

Observan decaer el bosón de Higgs en quarks b

T.E.L: 3 min.

Un nuevo paso en el mayor entendimiento del comportamiento de la materia fundamental.


El 28 de agosto, en CERN, la colaboración ATLAS y la CMS anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs transformándose en quarks bottom al decaer. Así estaba predicho por la teoría como la forma más común del bosón de decaer, pero fue difícil aislar la señal. Es un gran paso para entender cómo el bosón Higgs permite que las partículas adquieran masa. Luego de varios años, ambos experimentos obtuvieron evidencia de este decaimiento, con una confianza estadística de 5-sigma.(Ver aparte)

Los bosones de Higgs son producidos en una de mil millones de colisiones hechas en el Gran Acelerador de Hadrones (LHC) y duran una fracción de segundo antes de convertirse en una cascada de otras partículas. Como es imposible la observación directa, los científicos usan esas partículas secundarias para estudiar las propiedades del bosón. Desde su hallazgo en 2012, los físicos fueron capaces de identificar solo 30% de todas las formas en que puede decaer el bosón. Pero el decaimiento a un quark tipo bottom era prioridad uno. Existen diferentes tipos de quarks, entre ellos los quark b, también llamados bottom, que significa "abajo".

"La teoría predice que 60% de los bosones de Higgs decaen en quarks bottom", indicó Viviana Cavaliere de ATLAS.

Los físicos piensan que una parte al menos de la materia oscura podría ser también resultado del decaimiento del bosón.

"Mientras el resultado es ciertamente una confirmación del Modelo Estándar, es igualmente un triunfo de nuestros equipos de análisis. Durante la primera etapa del LHC hubo dudas sobre si esta observación se podría lograr. Nuestro éxito es gracias al excelente rendimiento del LHC y el detector ATLAS y la aplicación de técnicas de análisis muy sofisticadas en nuestra gran base de datos", comentó Karl Jakobs, vocero de ATLAS.

El resultado había sido mostrado en una conferencia de física de alta energía en julio, pero ahora, junto con el experimento CMS, los resultados se enviaron a publicar a Physics Letters B.

El anuncio es una nueva confirmación del proceso llamado "Acoplamiento de Yukawa" que provee de masa a fermiones cargados (quarks y leptones), bloques constitutivos de la materia.

¿Qué significa n-sigma en las detecciones?
Sigma es una letra del alfabeto griego, en minúscula (la mayúscula es como el signo de sumatoria). Se usa en estadística para denotar desviación estándar y varianza (desviación al cuadrado).
Empecemos con la campana de bell, campana de Gauss, distribución normal o distribución Gaussiana: se llama así a la forma que adopta en un gráfico un conjunto de datos en las que algunos son mucho más frecuentes que otros. Esta forma de campana es simétrica y está centrada en la media.
Aquí vemos un ejemplo, con la media en el centro del eje x y con el eje y mostrando la frecuencia de una variable.

Estos son gráficos de una función, la función Gaussiana, que tiene una fórmula con variables estadísticas como la media (µ, letra mu) y la desviación estándar (σ, letra sigma). La desviación está relacionada con el ancho de la curva.
Aquí vemos otro ejemplo con cuatro curvas, tres de las cuales están centradas en µ=0, pero con desviaciones diferentes, ya que tienen distinto ancho.

Estas distribuciones están normalizadas, lo que implica que la probabilidad total, que es el área debajo de la curva, es la unidad, es decir, que la suma de posibilidades es 1.
La cuestión central es esta: cuando más alejado esté un valor de la media, es decir, cuanto más lejos esté del centro del gráfico, es menos probable que el valor sea aleatorio. Para decirlo de otro modo, es estadísticamente más significativo cuando el valor está en los extremos.
La probabilidad de que los valores sean o no sean aleatorios se calculan con una tabla. Y se pueden graficar así:

Por tanto, a mayor sigma, mayor probabilidad de que el valor o dato medido no sea aleatorio, sino significativo. También se puede mostrar con esta tabla que indica la confianza de que la medición sea real y no una fluctuación, en relación a varios sigma:


Fíjese que la confianza de un dato real para 1σ (1-sigma) es 84,13%, que es la suma de todo lo que está a un lado de la marca 1σ (0,1+2,1+13,6+34,1+34,1); mientras que el resto (15,87%) que es la suma de todo lo que está del otro lado de la marca, es la probabilidad de que el valor sea aleatorio.

Fuentes y enlaces relacionados
ATLAS observes elusive Higgs boson decay to a pair of bottom quarks
https://atlas.cern/updates/press-statement/observation-higgs-boson-decay-pair-bottom-quarks

LHC scientists detect most favored Higgs decay
https://www.symmetrymagazine.org/article/lhc-scientists-detect-most-favored-higgs-decay

What does a 1-sigma, a 3-sigma or a 5-sigma detection mean?
https://thecuriousastronomer.wordpress.com/2014/06/26/what-does-a-1-sigma-3-sigma-or-5-sigma-detection-mean/

Sobre las imágenes
Imagen inicial: ATLAS.
Gráficos de sigma: Dr. Rhodri Evans.

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