Depuis la reprise de l'opération pour Run 2, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) en a produit environ 20, 000 bosons de Higgs par jour dans ses collisions proton-proton de 13 TeV. Fin 2015, les données collectées par les collaborations ATLAS et CMS étaient déjà suffisantes pour de nouvelles observations du boson de Higgs à la nouvelle énergie de collision. Maintenant, ayant enregistré plus de 36, 000 milliards de collisions entre 2015 et 2016, l'expérience ATLAS peut effectuer des mesures toujours plus précises des propriétés du boson de Higgs.

Mesurer comment le boson de Higgs est produit et comment il se désintègre est l'un des principaux objectifs des expériences LHC. Une plus grande précision dans ces mesures permet aux chercheurs d'affiner la compréhension du secteur de Higgs du Modèle Standard, et aussi contraindre de nouveaux phénomènes au-delà du Modèle Standard qui modifieraient le couplage du Higgs avec les autres particules du Modèle Standard. En étudiant les désintégrations du boson de Higgs en paires de photons (H→γγ) et en quatre leptons via les bosons Z intermédiaires (H→ZZ*→4ℓ, où le '*' indique qu'un boson Z est produit à partir de sa coquille de masse), l'expérience ATLAS peut mesurer les propriétés de couplage du boson de Higgs avec une précision sans précédent.

Au LHC, le boson de Higgs est produit par des procédés aux vitesses très différentes :fusion de gluons, fusion vecteur-boson, WH, ZH, et ttH. Pour sonder ces modes de production, ATLAS a introduit un ensemble de critères pour catégoriser les événements de Higgs avec les états finaux H→γγ et H→ZZ*→4ℓ. Les résultats de cette étude sont présentés dans les figures 1 et 2, où la section transversale mesurée, normalisé à la valeur prédite par le modèle standard, est montré.

Le LHC produisant un nombre toujours croissant de bosons de Higgs, ATLAS a pu commencer à mesurer la section efficace de chaque mode de production dans différents espaces de phases, l'établissement d'un test de résistance supplémentaire pour le modèle standard. Ces résultats sont utilisés pour contraindre les éventuelles modifications des couplages du boson de Higgs par rapport à celles prédites par le modèle standard. Aucun écart significatif par rapport à la prévision n'a encore été observé.

Le canal de désintégration H→γγ est également utilisé pour mesurer plusieurs sections efficaces différentielles pour des observables sensibles à la production et à la désintégration du boson de Higgs, où un bon accord a été trouvé entre les données et les prévisions du modèle standard. Des mesures similaires ont déjà été effectuées avec des désintégrations H→ZZ*→4ℓ.

La combinaison de ces mesures séparées a permis à ATLAS de rapprocher la sensibilité expérimentale de la précision des prédictions du modèle standard. La section efficace totale de production du boson de Higgs est mesurée à 57,0 ^+6.0 -5,9 ^+3.2 -2,7 pb, où la première incertitude est statistique et la seconde d'origine systématique. Le résultat est cohérent avec la prédiction du modèle standard de 55,6 ^+2,4 −3,4 pb.

ATLAS continuera d'étudier les propriétés du boson de Higgs pour le reste de Run 2, isoler ses modes de production rares et mesurer ses propriétés les plus insaisissables. La découverte de ces secrets consolidera davantage le modèle standard, ou donner un aperçu de ce qui se trouve au-delà.