Un événement candidat à l'affichage pour la production d'un boson de Higgs se désintégrant en deux quarks b (cônes bleus), en association avec un boson W se désintégrant en un muon (rouge) et un neutrino. Le neutrino laisse le détecteur invisible, et est reconstruit par l'énergie transverse manquante (ligne pointillée). Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Six ans après sa découverte, le boson de Higgs a enfin été observé en train de se désintégrer en particules fondamentales connues sous le nom de quarks bottom. La découverte, présenté aujourd'hui au CERN par les collaborations ATLAS et CMS au Large Hadron Collider (LHC), est cohérent avec l'hypothèse selon laquelle le champ quantique omniprésent derrière le boson de Higgs donne également de la masse au quark bottom. Les deux équipes ont soumis leurs résultats pour publication aujourd'hui.
Le modèle standard de la physique des particules prédit qu'environ 60 % du temps, un boson de Higgs se désintégrera en une paire de quarks inférieurs, le deuxième plus lourd des six saveurs de quarks. Le test de cette prédiction est crucial car le résultat soutiendrait soit le modèle standard - qui repose sur l'idée que le champ de Higgs confère une masse aux quarks et autres particules fondamentales - soit ébranlerait ses fondements et indiquerait une nouvelle physique.
Repérer ce canal de désintégration commun du boson de Higgs est tout sauf facile, comme l'a montré la période de six ans depuis la découverte du boson. La raison de cette difficulté est qu'il existe de nombreuses autres manières de produire des quarks bottom dans les collisions proton-proton. Il est donc difficile d'isoler le signal de désintégration du boson de Higgs du "bruit" de fond associé à de tels processus. Par contre, les canaux de désintégration du boson de Higgs moins courants qui ont été observés au moment de la découverte de la particule, comme la désintégration en une paire de photons, sont beaucoup plus faciles à extraire de l'arrière-plan.
Pour extraire le signal, les collaborations ATLAS et CMS ont chacune combiné les données des premier et deuxième cycles du LHC, qui impliquait des collisions à des énergies de 7, 8 et 13 TeV. Ils ont ensuite appliqué des méthodes d'analyse complexes aux données. Le résultat, pour ATLAS et CMS, était la détection de la désintégration du boson de Higgs en une paire de quarks bottom avec une signification qui dépasse 5 écarts-types. Par ailleurs, les deux équipes ont mesuré un taux de décroissance cohérent avec la prédiction du modèle standard, dans la précision actuelle de la mesure.
Exposition d'événements candidats pour la production d'un boson de Higgs se désintégrant en deux quarks b. Un 2 b-tag, 2 jets, Un événement à 2 électrons dans la partie de type signal de la distribution de sortie pTV élevée et BDTVH élevée est illustré (exécution 337215, Événement 1906922941). Les électrons sont représentés par des pistes bleues avec un important dépôt d'énergie dans le calorimètre électromagnétique, correspondant aux barres vert clair. Deux d'entre eux forment une masse invariante de 93,6 GeV, compatible avec un boson Z. Les deux jets centraux marqués b à pT élevé sont représentés par des cônes bleu clair. Ils contiennent les barres vertes et jaunes correspondant au dépôt d'énergie dans les calorimètres électromagnétique et hadronique respectivement, et ils ont une masse invariante de 128,1 GeV. La valeur de pTV est de 246,7 GeV, et la valeur de sortie BDTVH est de 0,47. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
"Cette observation est une étape importante dans l'exploration du boson de Higgs. Elle montre que les expériences ATLAS et CMS ont atteint une compréhension approfondie de leurs données et un contrôle des arrière-plans qui dépasse les attentes. ATLAS a maintenant observé tous les couplages du boson de Higgs au boson de Higgs les quarks lourds et les leptons de troisième génération ainsi que tous les grands modes de production, " a déclaré Karl Jakobs, porte-parole de la collaboration ATLAS.
"Depuis la première observation expérimentale unique de la désintégration du boson de Higgs en leptons tau il y a un an, CMS, avec nos collègues d'ATLAS, a observé le couplage du boson de Higgs aux fermions les plus lourds :le tau, le quark top, et maintenant le quark bottom. Les superbes performances du LHC et les techniques modernes d'apprentissage automatique nous ont permis d'atteindre ce résultat plus tôt que prévu, " a déclaré Joël Butler, porte-parole de la collaboration CMS.
Avec plus de données, les collaborations permettront d'améliorer la précision de ces mesures et d'autres et de sonder la désintégration du boson de Higgs en une paire de fermions beaucoup moins massifs appelés muons, surveillant toujours les écarts dans les données qui pourraient indiquer une physique au-delà du modèle standard.
Exposition d'événements candidats pour la production d'un boson de Higgs se désintégrant en deux quarks b. Une balise 2, 2 jets, Événement à 0 lepton dans la partie de type signal de la sortie pTV élevée et BDTVH élevée (Run 339500, L'événement 694513952) s'affiche. L'ETMiss, représenté par une ligne pointillée blanche, a une magnitude de 479,1 GeV. Les deux jets centraux marqués b à pT élevé sont représentés par des cônes bleu clair. Ils contiennent les barres vertes et jaunes correspondant au dépôt d'énergie dans les calorimètres électromagnétique et hadronique respectivement. La masse invariante du dijet de 128,1 GeV. La valeur de sortie BDTVH est de 0,74. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
"Les expériences continuent de se concentrer sur la particule de Higgs, qui est souvent considéré comme un portail vers une nouvelle physique. Ces belles et premières réalisations soulignent également nos plans pour moderniser le LHC afin d'augmenter considérablement les statistiques. Il a maintenant été démontré que les méthodes d'analyse atteignent la précision requise pour l'exploration de l'ensemble du paysage physique, y compris, espérons-le, une nouvelle physique qui jusqu'à présent se cache si subtilement, " a déclaré le directeur de la recherche et de l'informatique du CERN, Eckhard Elsen.
