Explicado en el nivel de un 5 estudiante de física de semestre (es decir, antes de QFT, pero mucho más allá del nivel de un artículo de noticias para no físicos, que evita todos los detalles y solo trata analogías) ...
¿Qué se ha medido en el CERN hace unos días?
Una vez que tenga un evento (como describe @user1504 en su respuesta), es decir, una interacción protón protón, y tenga los cuatro vectores de todos los productos de interacción, es decir, chorros, fotones, leptones, puede generar masas invariantes de los productos de interacción. La partícula de Higgs ha sido predicha teóricamente y es la última pieza del rompecabezas que el Modelo Estándar ha reunido en una imagen. La masa invariable de dos fotones muestra una mejora consistente con las propiedades de Higgs. También las masas invariantes de ZZ en menor medida. Las estadísticas combinadas de todos los posibles canales de decaimiento del Higgs vistos dan una certeza de 5sigma de que la resonancia está ahí y tiene el comportamiento de decaimiento esperado dentro de las estadísticas de los canales de decaimiento individuales.
¿Cuáles son los ingredientes esenciales de la teoría necesarios para interpretar dicha medida? Entonces, ¿cómo deducimos de los resultados que se observa un nuevo campo/partícula?
La parte teórica es una pregunta diferente y debe plantearse de forma independiente: por qué y cómo la teoría del modelo estándar acomoda todos los datos de partículas.
Que hay una nueva partícula observada con una certeza de 5 sigma es lo que nos dicen los datos, y es nuevo porque nunca habíamos observado una resonancia de 125 GeV antes de los experimentos actuales.
Para medir si es la partícula de Higgs de la teoría SM esperada, se necesitan buenas estadísticas en todos los canales de decaimiento más las distribuciones angulares que establecerán la paridad de espín. El Higgs teórico tiene espín 0 y paridad positiva.
¿Cómo leer los gráficos más relevantes en la presentación de los resultados?
La resonancia es clara en la figura 3 . El sigma de este canal es su significado estadístico solo para él. Similar para el canal ZZ, figura 4. La figura 5 da la probabilidad,
La probabilidad observada (valor de p local) de que la hipótesis de solo fondo produzca los mismos o más eventos que se ven en los datos de CMS, en función de la masa del bosón SM Higgs para los cinco canales considerados. La línea negra sólida muestra el valor p local combinado para todos los canales.
Has pedido mucho aquí, así que solo voy a dar una respuesta parcial. Esperemos que otras personas agreguen otros detalles.
Quiero hablar sobre las cantidades que medimos con detectores de partículas.
Los experimentos con partículas se ocupan de la física efectiva de los campos cuánticos a alta energía y baja densidad. La mayoría de los experimentos en el CERN miden la energía y/o el momento depositado por una partícula dentro de un cierto volumen de espacio alrededor del punto de colisión esperado. Un calorímetro de hadrones, por ejemplo, es básicamente un gran trozo de metal rodeado de contadores de fotones. (Para ver otros ejemplos, consulte las preciosas páginas de wikipedia sobre ATLAS y CMS.) Las partículas que interactúan fuertemente que salen de la colisión chocan contra los electrones y los nucleones del metal, acelerándolos, lo que hace que emitan fotones. Los fotones son detectados por los contadores de fotones, y se puede determinar a partir de los recuentos de llegada de fotones qué tipo de partículas podrían haber chocado contra los núcleos y dónde (dentro de una pequeña fracción de un estereorradián). A partir de la masa, el ángulo y la energía, puede reconstruir el 4-momentum y, a partir de la colección de tipos de partículas y 4-momentum, puede calcular empíricamente la sección transversal y las relaciones de ramificación.
También puede extraer estas cosas de un modelo QFT. Ya sea que use la teoría de la perturbación o las simulaciones de Monte Carlo o la física nuclear de la vieja escuela, depende exactamente de qué observable tenga los datos. Para las mediciones de Higgs que han estado en las noticias, es principalmente la teoría de la perturbación para llegar a las predicciones empíricas de la teoría. (Sin embargo, las mediciones empíricas se basan en gran medida para la calibración en cálculos numéricos realizados en situaciones en las que la teoría de la perturbación es difícil).