Observação de uma nova partícula com uma massa de 125 GeV



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A significância estatística do sinal, obtido obtida a partir de um ajuste combinando todos os cinco canais, é de 4.98 sigma acima do ruído de fundo e é mostrado na Figura 5. Um ajuste combinando em exclusivoapenas os dados dos dois canais com maior sensibilidade e com maior melhor resolução (γγ e ZZ) permite revela obter uma significância estatística de 5.0 sigma. A probabilidade de o ruído de fundo em exclusivo fluctuar estatisticamente e gerando gerar um número de eventos compatíveis com o observado experimentalmente é de um em três milhões.




Figura e legenda por actualizar
Figura 5. Probabilidade (valor-p) de na hipótese de existência exclusiva de ruído de fundoprocessos conhecidos se observar o mesmo número de eventos, ou superior, ao registado pela experiência CMS. A curva de probabilidade é representada em função da massa do bosão de Higgs do modelo padrão para dos nos cinco canais consideradosanalisados. A linha preta corresponde ao valor-p combinado dos cinco canais.

Independentemente de qualquer hipótese específica assumida relativamente ao número de eventos registados em cada um dos canais foi possível determinar a massa da nova partícula como sendo 125.3x +/- 0.6x GeV. A secção eficaz de produção (ou taxa de produção, σ) desta nova partícula, é compatível com a esperada pelo modelo padrão (σSM), registando-se que σ/σSM = 0.80xx +/- 0.22xx.


Muitas verificações foram levadas a cabo de modo a tentar compreender os inúmeros detalhes de desempenho do detector, a selecção de eventos, os métodos de determinação do ruído de fundo e todas as fontes de incerteza sistemática e estatística. Dado que a análise efectuada aos dados de 2011 [7] já tinha evidenciado um excesso de eventos com cerca de 125 GeV a colaboração adoptou um procedimento de “dissimulação” ou “blindagem” [8] das regiões de interesse, as quais foram apenas reveladas após escrutínio cuidadoso e aprovação dos critérios de cada análise.

Cada análise foi ainda levada a cabo por pelo menos duas equipas independentes de físicosinvestigadores de CMS, um método que permitiu validar independentemente todos os procedimentos em detalhe.


As observações correntes asseguram a confiança nos resultados obtidos:

  • o excesso é observado na região dos 125 GeV tanto nos dados de 2011 (7 TeV) como nos dados de 2012 (8 TeV)

  • o excesso é observado na mesma região de massa pelos dois canais de melhor resolução (γγ and ZZ);

  • o excesso observado nos canais WW e bb é compatível com o que seria esperado da produção de uma partícula com uma massa de 125 GeV;

  • o excesso é observado num conjunto de estados finais envolvendo fotões, electrões, muões e hadrões.


Os resultados preliminares hoje apresentados serão finalizados e refinados com o objectivo de serem submetidos e submetidos para publicação no fim do Verão.

Planos para o futuro
A nova partícula observada por CMS com uma massa de 125 GeV é compatível com o bosão de Higgs do modelo padrão, tendo em conta a estatística ainda limitada. Um conjunto maior de dados é necessário para aferir das suas propriedades, taxas de decaimento nos diferentes canais (γγ, ZZ, WW, bb e ττ) e por fim o seu spin e a sua paridade. Após conhecimento detalhado e preciso das propriedades desta nova partícula poderemos concluir se realmente se trata do bosão de Higgs do modelo padrão ou se é o resultado de nova física para lá da prevista por este modelo.
O desempenho do LHC tem sido excelente e, até ao fim de 2012, CMS espera duplicar mais que triplicar a quantidade deo tamanho dos dados adquiridos até à data, podendo levar a cabo a determinação das propriedades da nova partícula. Na hipótese de esta partícula ser de facto o bosão de Higgs do modelo padrão, as suas propriedades serão estabelecidas experimentalmente assim como as implicações da sua existência, no âmbito do modelo padrão. Na hipótese de não ser o bosão de Higgs do modelo padrão, CMS estudará as consequências físicas inerentes, o que poderá incluir a produção de novas partículas observáveis no LHC. Na hipótese de ser o bosão de Higgs do modelo padrão as suas propriedades serão estabelecidas experimentalmente. Em qualquer um dos casos a pesquisa de novas partículas e interacções continuará nas colisões a realizar futuramente no LHC, a energias e intensidades de feixe mais elevadas.

Acerca de CMS
Mais informações sobre a experiência CMS podem ser obtidas a partir da página oficial: http://cern.ch/cms ou contactando cms.outreach@cern.ch.

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A experiência CMS é uma das duas experiências âmbito geral construídas no LHC com o objectivo de procurar sinais de nova física. Foi concebida para detectar uma grande espectro de partículas e fenómenos produzidos pelas colisões a alta energia de protão-protão e de iões pesados do LHC e para procurar a resposta a questões fundamentais como “O que constitui o Universo e que forças / interacções actuam nele?” e “O que origina a massa dos constituintes fundamentais da matéria?”. CMS mediráa igualmente as propriedades fundamentais de partículas já conhecidas a uma precisão inigualável ao mesmo tempo que pesquisará fenómenos novos e imprevistos. Este tipo de pesquisa fundamental contribui, tal como sucedeu inúmeras vezes no passado, para um melhor conhecimento sobre o funcionamento do Universo e também para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras capazes de transformar o nosso mundo.


A ideia original da experiência CMS data de 1992. A construção do detector gigantesco (com 15 m de diâmetro, 29 m de comprimento e um peso de 14000 toneladas) levou 16 anos e para ela contribuíram o esforço de uma das maiores colaborações científicas internacionais jamais formadas: mais de 3100 cientistas e engenheiros de 169 instituições e laboratórios distribuídos por 39 países em todo o mundo.
Para mais informações contactar cms.outreach@cern.ch.

Notas de rodapé
[1] ICHEP é a sigla da 36a Conferência Internacional de Física de Altas Energias que decorre em Melbourne, na Austrália, de 4 a 11 de Julho de 2012. Os resultados serão apresentados conjuntamente ao vivo no CERN e por transmissão directa de vídeo para a ICHEP.
[2] O electrão-volt é uma unidade de energia. Um GeV corresponde a 1,000,000,000 eV. Em física de partículas massa e energia são muitas vezes considerados equivalentes e é comum usar eV/c2 como unidade de massa (a unidade decorre da relação E=mc2 em que c é a velocidade de luz no vácuo). Em termos correntes é mais comum usar o chamado sistema de unidades naturais em que c=1 (donde E=m), e nesse caso usa-se eV como unidade de massa.
[3] O desvio padrão é a medida de quão inesperada é uma amostra de dados analisados assumindo que determinada hipótese é verdadeiramede a dispersão de um conjunto de medidas em torno do valor medio. É normalmente usado como medida do nível de concordância de uma amostra de dados com determinada hipótese. Os físicos medem a quantidade de desvios padrão em unidades que designam de “sigma”. Quanto mais elevado é o número de sigma menor é a compatibilidade dos dados com a hipótese assumida como verdadeira. Em geral, quanto mais inesperada é uma descoberta, maior é o número de sigma requerido pelos físicos para ficarem convencidos da sua veracidade.
[4] Nível de confiança é uma medida estatística da percentagem dos resultados de um teste que se podem esperar encontrar num determinado intervalo. Por exemplo, um nível de confiança de 95% é atribuído a uma acção que resultará nas expectativas em 95% dos casos.
[5] http://news.stanford.edu/news/2004/july21/femtobarn-721.html
[6] http://cms.web.cern.ch/news/should-you-get-excited-your-data-let-look-elsewhere-effect-decide
[7] http://cms.web.cern.ch/news/cms-search-standard-model-higgs-boson-lhc-data-2010-and-2011
[8] http://cms.web.cern.ch/news/blinding-and-unblinding-analyses


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