Una manera de postdecir la masa del bosón de Higgs (125,2 ± 0,5 GeV/c²) es maximizar la tasa de desintegración de esta partícula en fotones según el modelo estándar (125,4 ± 0,4 GeV/c² calculado con HDECAY). ¿Hay algún principio físico oculto en este hecho o se trata de pura casualidad? Seguro que es pura numerología, pues no hay acoplo directo entre el Higgs y los fotones (pues no tienen masa). Más aún, la figura del LHC Higgs CSWG muestra que el “pico” es bastante ancho, como cabe esperar por el acoplo indirecto del Higgs con los fotones vía quarks top o bosones W. El modelo estándar da bastante juego para este tipo de postdicciones a dos sigmas.
¿Pero y si hubiera un principio físico oculto? Exploran las consecuencias los brasileños Alexandre Alves, E. Ramirez Barreto, A. G. Dias, “Is There a Hidden Principle in the Higgs Boson Decay to Photons?,” arXiv:1312.5333 [hep-ph]. La figura de las desintegraciones del Higgs está extraída de The LHC Higgs Cross Section Working Group, “Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 3. Higgs Properties,” arXiv:1307.1347 [hep-ph].
Jugar con los números suele llevar a conclusiones engañosas (aunque haya excepciones en la historia de la física). Una de las razones por las que el canal H→γγ acompañó al canal “mágico” H→ZZ→4l fue que, por casualidad, la masa del Higgs maximiza su desintegración en pares de fotones. Otra razón es que, también por casualidad, ocurrió una fluctuación estadística “a favor” que produjo un exceso en esta tasa de desintegración en dos fotones tanto en CMS como en ATLAS (algo que ocurre sólo un 25% de las ocasiones). Ambas casualidades permitieron que el descubrimiento del Higgs a cinco sigmas se “adelantara” al 4 de julio de 2014 (cuando la esperanza estadística por el número de colisiones analizadas apuntaba a una observación a sólo cuatro sigmas, como yo adelanté en este blog el 3 de julio).
De hecho, hay una casualidad aún más curiosa. El producto de todos las tasas de desintegración del bosón de Higgs del modelo estándar en el rango de masas entre 80 y 180 GeV tiene un máximo en 125 ± 0,2 GeV/c². Nos lo contó David d’Enterria, “On the (Gaussian) maximum at a mass m_H~125 GeV of the product of decay probabilities of the Standard Model Higgs boson,” arXiv:1208.1993 [hep-ph], quien también especuló con la posibilidad de un principio físico oculto en este hecho. Sin embargo, no estudió cómo cambia este valor en función de los parámetros del modelo estándar.
Sacar punta al lápiz alrededor de una pura casualidad es labor de físicos teóricos. Alves y sus colegas nos proponen analizar las posibles consecuencias de un posible principio físico que obligara a que la masa del Higgs fuera tal que maximizara la tasa de desintegración en el canal difotónico.
Se excluye una cuarta familia de partículas, pues incluso una familia ligera (como m(t’)=400 GeV, m(b’)=350 GeV, y m(l’)=100 GeV) haría que el pico fuera mayor de 150 GeV. También se limita el número de colores de los quarks, ya que el pico sería mayor de 131 GeV para más de tres colores. E incluso se excluiría un Higgs fermiófugo, pues entonces no habría máximo BR en el canal difotónico (que sería monótono decreciente).
El acoplo del Higgs a una posible partícula de materia oscura (χ), el llamado Higgs invisible, afecta a la tasa de desintegración en dos fotones, BR(→γγ)=Γ(γγ)/(Γ(SM)+Γ(χχ). Para una partícula de materia oscura de baja masa, m(χ) < m(H)/2, compatible con los límites de exclusión de LHC8, XENON100, CDMSII, WMAP y LUX, se excluye todo el intervalo al 90% CL excepto la región entre 55 y 63 GeV/² (con un acoplo al Higgs de g(χ) < 0,01). Para masas grandes, m(χ) > m(H)/2, no se excluye ningún intervalo de masas.
En el caso de que exista más de un bosón de Higgs no se excluyen sus masas, pero sí los dos parámetros clave. Un modelo (tipo II HDM) con dos dobletes y cinco Higgs (dos escalares neutros, un pseudoescalar neutro y dos escalares cargados), está caracterizado por varios parámetros, pero sólo dos de ellos se pueden excluir, el parámetro de mezcla α y el cociente entre sus energías de vacío tan β (ver wikipedia). Esta figura muestra el resultado.
En resumen, el trabajo de Alves y sus colegas es sugerente, aunque casi toda seguridad acabará en el cajón donde se guardan las propuestas teóricas que no describen de forma adecuada a la Naturaleza.
francis.naukas
