Figure 1 :Sections efficaces mesurées des principaux modes de production du boson de Higgs au LHC, à savoir la fusion gluon-gluon (ggF), fusion de bosons faibles (VBF), production associée à un boson vecteur faible W ou Z (WH et ZH), et production associée de quarks top (ttH et tH), normalisé aux prédictions du modèle standard. L'incertitude de chaque mesure (indiquée par la barre d'erreur) est décomposée en partie statistique (boîte jaune) et systématique (boîte bleue). L'incertitude théorique (boîte grise) sur la prédiction du modèle standard (ligne rouge verticale à l'unité) est également indiquée. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Le boson de Higgs, découvert au Grand collisionneur de hadrons (LHC) en 2012, a un rôle singulier dans le modèle standard de la physique des particules. Le plus notable est l'affinité du boson de Higgs avec la masse, qui peut être assimilée à la charge électrique d'un champ électrique :plus la masse d'une particule fondamentale est grande, plus la force de son interaction est grande, ou "couplage, " avec le boson de Higgs. Des écarts par rapport à ces prédictions pourraient être une caractéristique de la nouvelle physique dans cette partie encore peu explorée du modèle standard.
Les couplages du boson de Higgs se manifestent par le taux de production du boson de Higgs au LHC, et ses rapports de ramification de désintégration dans divers états finaux. Ces taux ont été mesurés avec précision par l'expérience ATLAS au CERN, en utilisant jusqu'à 80 fb -1 de données collectées à une énergie de collision proton-proton de 13 TeV de 2015 à 2017. Des mesures ont été réalisées dans tous les principaux canaux de désintégration du boson de Higgs :à paires de photons, bosons W et Z, quarks inférieurs, taus, et muons. Le taux de production global du boson de Higgs a été mesuré pour être en accord avec les prédictions du modèle standard, avec une incertitude de 8 %. L'incertitude est réduite de 11 % dans les mesures combinées précédentes publiées l'année dernière.
Les mesures sont décomposées en modes de production (en supposant des rapports de branchement de décroissance du modèle standard), comme le montre la figure 1. Les quatre principaux modes de production ont maintenant été observés à ATLAS avec une signification de plus de 5 écarts-types :le mode de fusion gluon-gluon établi de longue date, la production associée récemment observée avec la paire top-quark, et le dernier mode de fusion des bosons faibles restants, présenté aujourd'hui par ATLAS. Avec l'observation de la production en association avec un boson faible et de la désintégration H→bb dans une mesure séparée , ces résultats brossent un tableau complet de la production et de la désintégration du boson de Higgs.
Figure 2 :Ratios des forces de couplage à chaque particule. En prenant des ratios, les hypothèses du modèle (comme sur la largeur totale du boson de Higgs) peuvent être considérablement réduites. Parmi tous les tests intéressants effectués, celui comparant la fusion gluon-gluon et la production du boson de Higgs en association avec les quarks top est représenté par λtg dans le graphique. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Les physiciens peuvent utiliser ces nouveaux résultats pour étudier les couplages du boson de Higgs avec d'autres particules fondamentales. Ces couplages sont en excellent accord avec la prédiction du Modèle Standard sur une gamme couvrant 3 ordres de grandeur en masse, du quark top (particule la plus lourde dans le modèle standard et donc avec l'interaction la plus forte avec le boson de Higgs) aux muons beaucoup plus légers (pour lesquels seule une limite supérieure du couplage avec le boson de Higgs a été obtenue jusqu'à présent).
Les mesures sondent également le couplage du boson de Higgs aux gluons dans le processus de production de fusion gluon-gluon, qui procède par un diagramme en boucle et est donc particulièrement sensible à la nouvelle physique. Dans le modèle standard, la boucle est médiée principalement par les quarks top. Par conséquent, de nouvelles contributions possibles à la physique peuvent être testées en comparant le couplage des gluons avec la mesure directe du couplage du quark top dans la production du boson de Higgs en association avec les quarks top, comme le montre la figure 2.
L'excellent accord avec le Modèle Standard, qui est observé tout au long, peut être utilisé pour fixer des limites strictes sur les nouveaux modèles de physique. Celles-ci sont basées sur d'éventuelles modifications des couplages de Higgs et complètent les recherches directes effectuées au LHC.
