Tercer taller de "Automatización de cálculos en física de partículas"

El descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 marcó uno de los logros más importantes de la física moderna, completando el Modelo Estándar y confirmando el mecanismo de ruptura espontánea de simetría propuesto en la década de 1960 por Brout, Englert, Higgs y otros. En esta charla se presentará una visión general del camino que condujo a este descubrimiento, desde las primeras formulaciones teóricas en los años sesenta y setenta hasta los esfuerzos experimentales en los colisionadores LEP y Tevatron, que establecieron límites cruciales sobre la masa del bosón.

Se discutirá con mayor detalle el papel decisivo del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y los experimentos ATLAS y CMS, resaltando los desafíos experimentales asociados con la búsqueda del bosón de Higgs y el análisis de sus principales canales de desintegración. Se hará especial énfasis en el canal H → γγ, cuya excelente resolución en masa permitió observar una señal clara y precisa, convirtiéndose en uno de los pilares del anuncio conjunto del 4 de julio de 2012.

Finalmente, se comentará brevemente cómo este descubrimiento abrió una nueva etapa en la física de partículas, orientada a la caracterización precisa del bosón de Higgs y al desarrollo de herramientas experimentales y computacionales que hoy continúan ampliando nuestra comprensión del mecanismo de Higgs y sus posibles extensiones.

Se abordarán aspectos generales, tanto teóricos como computacionales, para cálculo a nivel de un lazo del ancho de decaimiento del bosón de Higgs a dos fotones. El marco teórico considerado es el modelo estándar, particularmente se analizará la contribución del quark top circulando dentro del lazo.

En esta charla exploraremos la producción de bosones de Higgs en colisiones electrón-protón a través de fusión de fotones virtuales. Analizaremos el potencial del futuro FCC-eh para estudiar el proceso ep → eHX, donde el Higgs se produce mediante un loop de quarks top y decae a pares bb̄ o γγ. Presentaremos simulaciones realizadas con CalcHEP que demuestran la viabilidad de medir estos canales y discutiremos las ventajas comparativas frente a otros mecanismos de producción.

Se mostrará el camino para generar procesos de colisión protón-protón en el LHC. De particular interés es el proceso estudiando en la primera sesión, a saber, el decaimiento del bosón de Higgs a dos fotones. Vamos a simular eventos de dicho proceso y dar inicio a la creación de bases de datos para su posterior análisis con aprendizaje de máquina (machine learning).

El nuevo Future Circular Collider (FCC) es una propuesta de extensión del LHC, que ofrece varias oportunidades para mejorar el conocimiento de los fenómenos del Modelo Estándar mediante mediciones de alta precisión y un aumento en la sensibilidad a procesos raros de baja energía. Uno de los objetivos principales de este proyecto es la caracterización de las propiedades del bosón de Higgs. La etapa FCC-ee permitirá la producción del Higgs a través de colisiones electrón-positrón en dos modos principales: radiación de Higgs (Higgstrahlung) y fusión WW. En este trabajo, estudiamos primero la sensibilidad de medir la desintegración del bosón de Higgs a WW en el canal hadrónico a través del primer modo, a √s = 240 GeV y una luminosidad integrada de 10.8 ab−1, realizando un análisis basado en cortes. Además, hablaré sobre la medición del decaimiento del Higgs a pares de quarks b a través del modo de fusión WW (Vector Boson Fusion) y la implementación de Boosted Decision Trees (BDT) para mejorar la identificación de la señal y el fondo.

A partir de los eventos simulados en la sesión de Madgraph, crearemos una base de datos (a partir de los archivos .lhco) que utilizaremos para realizar el análisis de la significancia del proceso que se ha estado estudiando, dicho estudio será realizado por medio de Machine Learning (Boosted Decision Trees) y se comparará resultados obtenidos con Madanalysis.

Introduciremos el concepto de perceptrón y de redes neuronales artificiales. Analizaremos un programa básico (el cual es parte de MAYA) que nos ayudará a evaluar significancias estadísticas del proceso abordado durante el taller.