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Posts Tagged ‘diphoton’

Les grandes percées sont rares en physique. La recherche est plutôt jalonnée d’innombrables petites avancées et c’est ce qui ressortira de la Conférence Internationale de la Physique des Hautes Énergies (ICHEP) qui s’est ouverte hier à Chicago. On y espérait un pas de géant mais aujourd’hui les expériences CMS et ATLAS ont toutes deux rapporté que l’effet prometteur observé à 750 GeV dans les données de 2015 avait disparu. Il est vrai que ce genre de choses n’est pas rare en physique des particules étant donné la nature statistique de tous les phénomènes que nous observons.

CMS-2016-750GeV

Sur chaque figure, l’axe vertical indique le nombre d’évènements trouvés contenant une paire de photons dont la masse combinée apparaît sur l’axe horizontal en unités de GeV. (À gauche) Les points en noir représentent les données expérimentales recueillies et analysées jusqu’à présent par la Collaboration CMS, soit 12.9 fb-1, à comparer aux 2.7 fb-1 disponibles en 2015. Le trait vertical associé à chaque point représente la marge d’erreur expérimentale. En tenant compte de ces erreurs, les données sont compatibles avec ce à quoi on s’attend pour le bruit de fond, tel qu’indiqué par la courbe en vert. (À droite) Une nouvelle particule se serait manifestée sous forme d’un pic tel que celui en rouge si elle avait eu les mêmes propriétés que celles pressenties dans les données de 2015 à 750 GeV. Visiblement, les données expérimentales (points noirs) reproduisent simplement le bruit de fond. Il faut donc conclure que ce qui avait été aperçu dans les données de 2015 n’était que le fruit d’une variation statistique.

Mais dans ce cas, c’était particulièrement convainquant car le même effet avait été observé indépendamment par deux équipes qui travaillent sans se consulter et utilisent des méthodes d’analyse et des détecteurs différents. Cela avait déclenché beaucoup d’activités et d’optimisme : à ce jour, 540 articles scientifiques ont été écrits sur cette particule hypothétique qui n’a jamais existé, tant l’implication de son existence serait profonde.

Mais les théoriciens et théoriciennes ne furent pas les seuls à nourrir autant d’espoir. Beaucoup d’expérimentalistes y ont cru et ont parié sur son existence, un de mes collègues allant jusqu’à mettre en jeu une caisse d’excellent vin.

Si beaucoup de physiciens et physiciennes avaient bon espoir ou étaient même convaincus de la présence d’une nouvelle particule, les deux expériences ont néanmoins affiché la plus grande prudence. En l’absence de preuves irréfutables de sa présence, aucune des deux collaborations, ATLAS et CMS, n’a revendiqué quoi que ce soit. Ceci est caractéristique des scientifiques : on parle de découvertes seulement lorsqu’il ne subsiste plus aucun doute.

Mais beaucoup de physiciens et physiciennes, moi y compris, ont délaissé un peu leurs réserves, non seulement parce que les chances que cet effet disparaisse étaient très minces, mais aussi parce que cela aurait été une découverte beaucoup plus grande que celle du boson de Higgs, générant du coup beaucoup d’enthousiasme. Tout le monde soupçonne qu’il doit exister d’autres particules au-delà de celles déjà connues et décrites par le Modèle standard de la physique des particules. Mais malgré des années passées à leur recherche, nous n’avons toujours rien à nous mettre sous la dent.

Depuis que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN opère à plus haute énergie, ayant passé de 8 TeV à 13 TeV en 2015, les chances d’une découverte majeure sont plus fortes que jamais. Disposer de plus d’énergie donne accès à des territoires jamais explorés auparavant.

Jusqu’ici, les données de 2015 n’ont pas révélé la présence de particules ou phénomènes nouveaux mais la quantité de données recueillies était vraiment limitée. Au contraire, cette année le LHC se surpasse, ayant déjà produit cinq fois plus de données que l’année dernière. On espère y découvrir éventuellement les premiers signes d’un effet révolutionnaire. Des dizaines de nouvelles analyses basées sur ces données récentes seront présentées à la conférence ICHEP jusqu’au 10 août et j’en reparlerai sous peu.

Il a fallu 48 ans pour découvrir le boson de Higgs après qu’il fut postulé théoriquement alors qu’on savait ce que l’on voulait trouver. Mais aujourd’hui, nous ne savons même pas ce que nous cherchons. Cela pourrait donc prendre encore un peu de temps. Il y a autre chose, tout le monde le sait. Mais quand le trouverons nous, ça, c’est une autre histoire.

Pauline Gagnon

Pour en savoir plus sur la physique des particules et les enjeux du LHC, consultez mon livre : « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels».

Pour recevoir un avis lors de la parution de nouveaux blogs, suivez-moi sur Twitter: @GagnonPauline ou par e-mail en ajoutant votre nom à cette liste de distribution.

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Giant leaps are rare in physics. Scientific research is rather a long process made of countless small steps and this is what will be presented throughout the week at the International Conference on High Energy Physics (ICHEP) in Chicago. While many hoped for a major breakthrough, today, both the CMS and ATLAS experiments reported that the promising effect observed at 750 GeV in last year’s data has vanished. True, this is not uncommon in particle physics given the statistical nature of all phenomena we observe.

CMS-2016-750GeV

On both plots, the vertical axis gives the number of events found containing a pair of photons with a combined mass given in units of GeV (horizontal axis) (Left plot) The black dots represent all data collected in 2016 and analysed so far by the CMS Collaboration, namely 12.9 fb-1, compared to the 2.7 fb-1 available in 2015. The vertical line associated with each data point represents the experimental error margin. Taking these errors into account, the data are compatible with what is expected from various backgrounds, as indicated by the green curve. (Right) A new particle would have manifested itself as a peak as big as the red one shown here if it had the same features as what had been seen in the 2015 data around 750 GeV. Clearly, the black data points pretty much reproduce the background. Hence, we must conclude that what was seen in the 2015 data was simply due to a statistical fluctuation.

What was particularly compelling in this case was that the very same effect had been observed by two independent teams, who worked without consulting each other and used different detectors and analysis methods. This triggered frantic activity and much expectation: to date, 540 scientific theory papers have been written on a hypothetical particle that never was, so profound the implications of the existence of such a new particle would be.

But theorists were not the only ones to be so hopeful. Many experimentalists had taken strong bets, one of my colleagues going as far as putting a case of very expensive wine on it.

If many physicists were hopeful or even convinced of the presence of a new particle, both experiments nevertheless had been very cautious. Without unambiguous signs of its presence, neither the ATLAS nor the CMS Collaborations had made claims. This is very typical of scientists: one should not claim anything until it has been established beyond any conceivable doubt.

But many theorists and experimentalists, including myself, threw some of our caution to the air, not only because the chances it would vanish were so small but also because it would have been a much bigger discovery than that of the Higgs boson, generating much enthusiasm. As it stands, we all suspect that there are other particles out there, beyond the known ones, those described by the Standard Model of particle physics. But despite years spent looking for them, we still have nothing to chew on. In 2015, the Large Hadron Collider at CERN raised its operating energy, going from 8 TeV to the current 13 TeV, making the odds for a discovery stronger than ever since higher energy means access to territories never explored before.

So far, the 2015 data has not revealed any new particle or phenomena but the amount of data collected was really small. On the contrary, this year, the LHC is outperforming itself, having already delivered five times more data than last year. The hope is that these data will eventually reveal the first signs of something revolutionary. Dozens of new analyses based on the recent data will be presented until August 10 at the ICHEP conference and I’ll present some of them later on.

It took 48 years to discover the Higgs boson after it was first theoretically predicted when we knew what to expect. This time, we don’t even know what we are looking for. So it could still take a little longer. There is more to be found, we all know it. But when will we find it, is another story.

Pauline Gagnon

To find out more about particle physics, check out my book « Who Cares about Particle Physics: making sense of the Higgs boson, the Large Hadron Collider and CERN ».

To be notified of new blogs, follow me on Twitter : @GagnonPauline or sign up on this distribution list

 

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Depuis le 15 décembre, j’ai compté 200 nouveaux articles théoriques, chacun offrant une ou plusieurs explications possibles sur la nature d’une nouvelle particule qui n’a pas encore été découverte. Cette frénésie a commencé lorsque les expériences CMS et ATLAS ont toutes deux rapporté avoir trouvé quelques événements qui pourraient révéler la présence d’une nouvelle particule se désintégrant en deux photons. Sa masse serait autour de 750 GeV, soit cinq fois la celle du Higgs boson.

Personne ne sait si un tel engouement est justifié mais cela illustre combien les physiciens et physiciennes espèrent une découverte majeure dans les années à venir. Est-ce que cela se passera comme pour le boson de Higgs, qui fut officiellement découvert en juillet 2012, bien que quelques signes avant-coureurs apparurent un an auparavant ? Il est encore bien trop tôt pour le dire. Et comme je l’avais écrit en juillet 2011, c’est comme si nous essayions de deviner si le train s’en vient en scrutant l’horizon par une morne journée d’hiver. Seule un peu de patience nous dira si la forme indistincte à peine visible au loin est bien le train longuement attendu ou juste une illusion. Il faudra plus de données pour pouvoir trancher, mais en attendant, tout le monde garde les yeux rivés sur cet endroit.
LeTrainDeMidiLe train de midi, Jean-Paul Lemieux, Galerie nationale du Canada

En raison des difficultés inhérentes à la reprise du LHC à plus haute énergie, la quantité de données récoltées à 13 TeV en 2015 par ATLAS et CMS a été très limitée. De tels petits échantillons de données sont toujours sujets à de larges fluctuations statistiques et l’effet observé pourrait bien s’évaporer avec plus de données. C’est pourquoi les deux expériences se sont montrées si réservées lors de la présentation de ces résultats, déclarant clairement qu’il était bien trop tôt pour sauter au plafond.

Mais les théoriciens et théoriciennes, qui cherchent en vain depuis des décennies un signe quelconque de phénomènes nouveaux, ont sauté sur l’occasion. En un seul mois, y compris la période des fêtes de fin d’année”, 170 articles théoriques avaient déjà été publiés pour suggérer autant d’interprétations différentes possibles pour cette nouvelle particule, même si on ne l’a pas encore découverte.

Aucune nouvelle donnée ne viendra avant quelques mois en raison du de la maintenance annuelle. Le Grand Collisionneur de Hadrons repartira le 21 mars et devrait livrer les premières collisions aux expériences le 18 avril. On espère un échantillon de données de 30 fb-1 en 2016, alors qu’en 2015 seuls 4 fb-1 furent produits. Lorsque ces nouvelles données seront disponibles cet été, nous saurons alors si cette nouvelle particule existe ou pas.

Une telle possibilité serait une véritable révolution. Le modèle théorique actuel de la physique des particules, le Modèle Standard, n’en prévoit aucune. Toutes les particules prédites par le modèle ont déjà été trouvées. Mais puisque ce modèle laisse encore plusieurs questions sans réponses, les théoriciennes et théoriciens sont convaincus qu’il doit exister une théorie plus vaste pour expliquer les quelques anomalies observées. La découverte d’une nouvelle particule ou la mesure d’une valeur différente de celle prévue par la théorie révèleraient enfin la nature de cette nouvelle physique allant au-delà du Modèle Standard.

Personne ne connaît encore quelle forme cette nouvelle physique prendra. Voilà pourquoi tant d’explications théoriques différentes pour cette nouvelle particule ont été proposées. J’ai compilé certaines d’entre elles dans le tableau ci-dessous. Plusieurs de ces articles décrivent simplement les propriétés requises par un nouveau boson pour reproduire les données observées. Les solutions proposées sont incroyablement diversifiées, les plus récurrents étant diverses versions de modèles de matière sombre ou supersymétriques, de Vallée Cachée, de Grande Théorie Unifiée, de bosons de Higgs supplémentaire ou composites, ou encore des dimensions cachées. Il y en a pour tous les goûts : des axizillas au dilatons, en passant pas les cousins de pions sombres, les technipions et la trinification.

La situation est donc tout ce qu’il y a de plus clair : tout est possible, y compris rien du tout. Mais n’oublions pas qu’à chaque fois qu’un accélérateur est monté en énergie, on a eu droit à de nouvelles découvertes. L’été pourrait donc être très chaud.

Pauline Gagnon

Pour en savoir plus sur la physique des particules et les enjeux du LHC, consultez mon livre : « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels».

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tableau

Un résumé partiel du nombre d’articles publiés jusqu’à maintenant et le type de solutions proposées pour expliquer la nature de la nouvelle particule, si nouvelle particule il y a. Pratiquement tous les modèles théoriques connus peuvent être adaptés pour accommoder une nouvelle particule compatible avec les quelques événements observés. Ce tableau est juste indicatif et en aucun cas, strictement exact puisque plusieurs articles étaient plutôt difficiles à classer. Une de ces idées s’avèrera-t-elle être juste ?

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Frenzy among theorists

Thursday, February 4th, 2016

Since December 15, I have counted 200 new theoretical papers, each one suggesting one or several possible explanations for a new particle not yet discovered. This flurry of activity started when the CMS and ATLAS Collaborations both reported having found a few events that could possibly reveal the presence of a new particle decaying to two photons. Its mass would be around 750 GeV, that is, five times the mass of the Higgs boson.

No one knows yet if all this excitement is granted but it clearly illustrates how much physicists are hoping for a huge discovery in the coming years. Will it be like with the Higgs boson, which was officially discovered in July 2012 but had already given some faint signs of its presence a year earlier? Right now, there is not enough data. And just as I wrote in July 2011, it is as if we were trying to guess if the train is coming by looking in the far distance on a grey winter day. Only time will tell if the indistinct shape barely visible above the horizon is the long awaited train or just an illusion. But until more data become available, everybody will keep their eyes on that spot.

LeTrainDeMidi

The noon train, Jean-Paul Lemieux, National Gallery of Canada

Due to the difficulties inherent to the restart of the LHC at higher energy, the amount of data collected at 13 TeV in 2015 by ATLAS and CMS was very limited. Given that small data samples are always prone to large statistical fluctuations, the experimentalists exerted much caution when they presented these results, clearly stating that any claim was premature.

But theorists, who have been craving for signs of something new for decades, jumped on it. Within a single month, including the end-of-the-year holiday period, 170 theoretical papers were published to suggest just as many possible different interpretations for this yet undiscovered new particle.

No new data will come for a few more months due to annual maintenance. The Large Hadron Collider is due to restart on March 21 and should deliver the first collisions to the experiments around April 18. The hope is to collect a data sample of 30 fb-1 in 2016, to be compared with about 4 fb-1 in 2015. Later this summer, when more data will be available, we will know if this new particle exists or not.

This possibility is however extremely exciting since the Standard Model of particle physics is now complete. All expected particles have been found. But since this model leaves many open questions, theorists are convinced that there ought to be a more encompassing theory. Hence, discovering a new particle or measuring anything with a value different from its predicted value would reveal at long last what the new physics beyond the Standard Model could be.

No one knows yet what form this new physics will take. This is why so many different theoretical explanations have been proposed for this possible new particle. I have compiled some of them in the table below. Many of these papers described the properties needed by a new boson to fit the actual data. The solutions proposed are incredibly diversified, the most recurrent ones being various versions of dark matter or supersymmetric, new gauge symmetries, Hidden Valley, Grand Unified Theory, extra or composite Higgs bosons and extra dimensions. There enough to suit every taste: axizillas, dilatons, dark pion cousins of a G-parity odd WIMP, one-family walking technipion or trinification.

It is therefore crystal clear: it could be anything or nothing at all… But every time accelerators have gone up in energy, new discoveries have been made. So we could be in for a hot summer.

Pauline Gagnon

Learn more on particle physics, don’t miss my book, which will come out in English in July.

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table

A partial summary of the number of papers published so far with the type of solutions they proposed to explain the nature of the new particle, if new particle there is. Just about all known theoretical models can be adapted to produce a new particle with characteristics compatible with the few events observed. This is just indicative and by no means, strictly exact since many proposals were rather hard to categorize. Will one of these ideas be the right one?

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Si, et vraiment seulement si…

Wednesday, December 16th, 2015

Si le LHC était une échelle et les nouvelles particules tant recherchées, des boîtes cachées sur les étagères les plus hautes, la montée en énergie du LHC s’apparente à l’acquisition d’une échelle plus longue donnant accès aux dernières étagères. Fin 2012, les échelles étaient plus courtes, mais on en avait dix fois plus, facilitant l’exploration des étagères à notre portée. ATLAS et CMS viennent de jeter leur premier coup d’œil à un endroit jamais exploré auparavant mais auront besoin de plus de données pour les inspecter en profondeur.

Le 15 décembre, lors du séminaire de fin d’année, les expériences CMS et ATLAS du CERN ont présenté leurs premiers résultats basés sur les toutes nouvelles données accumulées en 2015 depuis la reprise du Grand collisionneur de hadrons (LHC) à 13 TeV, l’énergie d’exploitation la plus haute jamais atteinte. Bien que la quantité de données ne soit que le dixième de ce qu’elle était à plus basse énergie (soit 4 fb-1 pour ATLAS et 2,8-1 fb pour CMS pour les données recueillies à 13 TeV comparés à 25 fb-1 à 8 TeV pour chaque expérience), cette augmentation en énergie met désormais des particules hypothétiques plus massives à la portée des expériences.

Les deux expériences ont d’abord démontré comment leurs détecteurs se sont comportés après plusieurs améliorations majeures, y compris l’acquisition des données à deux fois le taux utilisé en 2012. Les deux groupes ont contrôlé sous toutes les coutures comment les particules déjà connues se comportent à plus haute énergie, sans trouver d’anomalies. Mais c’est dans la recherche de particules nouvelles et plus lourdes que tous les espoirs sont permis. Les deux groupes ont exploré des douzaines de possibilités différentes, triant des milliards d’événements.

Chaque événement est un cliché de ce qui s’est produit lorsque deux protons entrent en collision dans le LHC. L’énergie dégagée par la collision se matérialise sous forme de particules lourdes et instables qui se désintègrent aussitôt, provoquant de mini feux d’artifice. En attrapant, identifiant et regroupant toutes les particules qui s’échappent du point de collision, on peut reconstruire les particules originales qui ont été produites.

Les expériences CMS et ATLAS ont toutes deux trouvé de petits excès en sélectionnant les événements contenant deux photons. Dans plusieurs de ces événements, les deux photons semblent venir de la désintégration d’une particule ayant une masse d’environ 750 GeV, soit 750 fois plus lourde qu’un proton ou 6 fois la masse d’un boson de Higgs. Puisque les deux expériences ont regardé une multitude de combinaisons différentes, en vérifiant à chaque fois des douzaines de valeurs de masse pour chaque combinaison, on s’attend toujours à trouver de telles fluctuations statistiques.

ATLAS-diphotonPartie supérieure : la masse combinée exprimée en GeV pour toutes les paires de photons trouvées dans les données récoltées à 13 TeV par ATLAS. Le trait rouge montre à quoi on s’attend venant de sources aléatoires (communément appelé bruit de fond). Les points noirs correspondent aux données et les lignes, les erreurs expérimentales. La petite bosse à 750 GeV est ce qui est maintenant intrigant. La partie du bas montre la différence entre des points noirs (les données) et la courbe rouge (le bruit de fond), montrant clairement un petit excès de 3,6σ ou 3,6 fois l’erreur expérimentale. Quand on prend en compte toutes les fluctuations possibles à toutes les valeurs de masse considérées, l’excès n’est plus que de 2,0σ.

Ce qui est intrigant, c’est que les deux équipes ont trouvé la même chose à exactement au même endroit, sans s’être consulté et en utilisant des techniques de sélection conçues pour ne pas biaiser les données. Néanmoins, les deux groupes expérimentaux sont extrêmement prudents, déclarant qu’une fluctuation statistique est toujours possible jusqu’à ce que plus de données soient disponibles pour tout vérifier avec une précision accrue.
CMS-combined-p0CMS a légèrement moins de données qu’ATLAS à 13 TeV et par conséquent, décèle un effet beaucoup plus petit. Dans leurs seules données prises à 13 TeV, l’excès à 760 GeV est de 2,6σ, 3,0σ lorsque combiné avec les données de 8 TeV. Mais au lieu de juste évaluer cette probabilité localement, les physiciens et physiciennes préfèrent prendre en compte les fluctuations pour toutes les valeurs de masse considérées. La probabilité n’est alors que de 1,2σ, pas de quoi fouetter un chat. C’est “l’effet de regarder ailleurs” : il prend en compte qu’on finit toujours par trouver une fluctuation quelque part quand on regarde dans tant d’endroits.

Les théoriciens et théoriciennes se retiennent beaucoup moins. Depuis des décennies, on sait que le Modèle standard, le modèle théorique actuel de la physique des particules, n’explique pas tout, sans pouvoir progresser. Tout le monde espère donc qu’un indice viendra des données expérimentales pour aller de l’avant. Beaucoup ont dû travailler dur toute la nuit car huit nouveaux articles sont apparus dès ce matin, proposant des explications variées sur la nature possible de la nouvelle particule, si particule nouvelle il y a. Quelques personnes pensent que cela pourrait être une particule liée à la matière sombre, d’autres penchent pour un autre type de boson de Higgs tel que prédit par la Supersymétrie ou même y voient les premiers signes de nouvelles dimensions. D’autres proposent qu’un tel effet ne pourrait se produire que si cette particule s’accompagne d’une deuxième particule plus lourde. Tout le monde suggère quelque chose au-delà du Modèle standard.

Deux choses sont certaines : tout d’abord, le nombre d’articles théoriques dans les prochaines semaines va exploser. Et deuxièmement, on ne pourra pas dire si il y a nouvelle particule sans plus de données. Avec un peu de chance, nous pourrions en savoir plus dès l’été prochain lorsque le LHC aura produit plus de données. D’ici là, tout cela n’est que pure spéculation.

Ceci étant dit, il ne faut toutefois pas oublier que le boson de Higgs a fait son apparition de façon très semblable. Les premiers signes de son existence étaient déjà visibles en juillet 2011. Avec plus de données, ces signes s’étaient renforcés en décembre 2011 à un autre séminaire de fin d’année mais sa découverte n’a pu être établie que lorsque encore plus de données eurent été recueillies et analysées en juillet 2012. Ouvrir ses cadeaux avant Noël n’est jamais une bonne idée.

Passez de bonnes Fêtes, Pauline Gagnon

Pour en savoir plus sur la physique des particules et les enjeux du LHC, consultez mon livre : « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels». Pour recevoir un avis lors de la parution de nouveaux blogs, suivez-moi sur Twitter: @GagnonPauline ou par e-mail en ajoutant votre nom à cette liste de distribution.

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If, and really only if…

Wednesday, December 16th, 2015

If the LHC were a ladder and the new sought-after particles, boxes hidden on the top shelves, operating the LHC at higher energy is like having a longer ladder giving us access to the higher shelves. By the end of 2012, our ladders were shorter but we had 10 times more than now. ATLAS and CMS just had their first glimpse at a place never reached before but more data is still needed to explore this space thoroughly.

On December 15, at the End-of-the-Year seminar, the CMS and ATLAS experiments from CERN presented their first results using the brand new data accumulated in 2015 since the restart of the Large Hadron Collider (LHC) at 13 TeV, the highest operating energy so far. Although the size of the data sample is still only one tenth of what was available at lower energy (namely 4 fb-1 for ATLAS and 2.8-1 fb for CMS collected at 13 TeV compared to 25 fb-1 at 8 TeV for each experiment), it has put hypothetical massive particles within reach.

Both experiments showed how well their detectors performed after several major improvements, including collecting data at twice the rate used in 2012. The two groups made several checks on how known particles behave at higher energy, finding no anomalies. But it is in searches for new, heavier particles that every one hopes to see something exciting. Both groups explored dozens of different possibilities, sifting through billions of events.

Each event is a snapshot of what happens when two protons collide in the LHC. The energy released by the collision materializes into some heavy and unstable particle that breaks apart mere instants later, giving rise to a mini firework. By catching, identifying and regrouping all particles that fly apart from the collision point, one can reconstruct the original particles that were produced.

Both CMS and ATLAS found small excesses when selecting events containing two photons. In several events, the two photons seem to come from the decay of a particle having a mass around 750 GeV, that is, 750 times heavier than a proton or 6 times the mass of a Higgs boson. Since the two experiments looked at dozens of different combinations, checking dozens of mass values for each combination, such small statistical fluctuations are always expected.

ATLAS-diphoton

Top part: the combined mass given in units of GeV for all pairs of photons found in the 13 TeV data by ATLAS. The red curve shows what is expected from random sources (i.e. the background). The black dots correspond to data and the lines, the experimental errors. The small bump at 750 GeV is what is now intriguing. The bottom plot shows the difference between black dots (data) and red curve (background), clearly showing a small excess of 3.6σ or 3.6 times the experimental error. When one takes into account all possible fluctuations at all mass values, the significance is only 2.0σ

What’s intriguing here is that both groups found the same thing at exactly the same place, without having consulted each other and using selection techniques designed not to bias the data. Nevertheless, both experimental groups are extremely cautious, stating that a statistical fluctuation is always possible until more data is available to check this with increased accuracy.

CMS-combined-p0CMS has slightly less data than ATLAS at 13 TeV and hence, sees a much smaller effect. In their 13 TeV data alone, the excess at 760 GeV is about 2.6σ, 3σ when combined with the 8 TeV data. But instead of just evaluating this probability alone, experimentalists prefer take into account the fluctuations in all mass bins considered. Then the significance is only 1.2σ, nothing to write home about. This “look-elsewhere effect” takes into account that one is bound to see a fluctuation somewhere when ones look in so many places.

Theorists show less restrain. For decades, they have known that the Standard Model, the current theoretical model of particle physics, is flawed and have been looking for a clue from experimental data to go further. Many of them have been hard at work all night and eight new papers appeared this morning, proposing different explanations on which new particle could be there, if something ever proves to be there. Some think it could be a particle related to Dark Matter, others think it could be another type of Higgs boson predicted by Supersymmetry or even signs of extra dimensions. Others offer that it could only come from a second and heavier particle. All suggest something beyond the Standard Model.

Two things are sure: the number of theoretical papers in the coming weeks will explode. But establishing the discovery of a new particle will require more data. With some luck, we could know more by next Summer after the LHC delivers more data. Until then, it remains pure speculation.

This being said, let’s not forget that the Higgs boson made its entry in a similar fashion. The first signs of its existence appeared in July 2011. With more data, they became clearer in December 2011 at a similar End-of-the-Year seminar. But it was only once enough data had been collected and analysed in July 2012 that its discovery made no doubt. Opening one’s gifts before Christmas is never a good idea.

Have a good Holiday Season, Pauline Gagnon

To learn more about particle physics and what might be discovered at the LHC, don’t miss my upcoming book : « Who cares about particle physics : Making sense of the Higgs boson, Large Hadron Collider and CERN ». To be alerted of new postings, follow me on Twitter: @GagnonPauline  or sign-up on this mailing list to receive an e-mail notification.

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