Les distributions de masse invariantes ee (gauche) et eµ (droite). Le signal attendu pour un rapport de branchement spécifique est représenté par la ligne rouge. Un ajustement aux données, en supposant l'absence de signal, est représenté par la ligne bleue et peut être vu pour décrire très bien les données (points noirs), sans qu'aucun excès significatif d'événements ne soit visible. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Le boson de Higgs suit-il toutes les règles établies par le modèle standard ? Depuis la découverte de la particule en 2012, les collaborations ATLAS et CMS ont travaillé dur pour étudier le comportement du boson de Higgs. Toute observation inattendue pourrait être le signe d'une nouvelle physique au-delà du modèle standard.
Dans le modèle standard, la force des interactions entre le boson de Higgs et les particules de matière (quarks et leptons) est proportionnelle à la masse de la particule. Dans le cas des leptons chargés, la force de l'interaction avec le boson de Higgs devrait être plus importante avec le tau, le lepton le plus chargé, et le plus petit avec l'électron, le lepton chargé le plus léger.
La désintégration du boson de Higgs en une paire d'électrons est autorisée par le modèle standard, mais il est si extraordinairement rare qu'on ne s'attend pas à ce qu'il soit observé par l'expérience ATLAS au CERN. Pour le contexte, le boson de Higgs est d'environ 40, 000 fois moins susceptible de se désintégrer en électrons qu'en muons, pour lesquels ATLAS n'a présenté que récemment des résultats de recherche préliminaires mis à jour. Si ATLAS observait la désintégration du boson de Higgs en une paire d'électrons, un processus de nouvelle physique devrait être responsable.
Le modèle standard prédit également que lorsque le boson de Higgs interagit avec un lepton chargé, le lepton ne change pas de type (ou de saveur). Ainsi, le boson de Higgs devrait se désintégrer en une paire d'électrons, muons ou taus, mais pas, par exemple, en un électron et un muon, ou un tau et un muon. De telles désintégrations sont connues sous le nom de « désintégrations violant la saveur des leptons » et apparaissent dans de nombreuses théories de la nouvelle physique.
Affichage de l'événement du boson de Higgs. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Les physiciens d'ATLAS ont déjà recherché deux de ces désintégrations, dans laquelle le boson de Higgs se désintègre en un tau et soit en un électron soit en un muon (H→eτ ou H→µτ). La recherche a utilisé des techniques d'apprentissage automatique et n'a trouvé aucun excès significatif au-dessus de l'arrière-plan attendu. Le résultat a placé des limites supérieures sur les rapports de branchement de H→eτ et H→µτ de 0,47 pour cent et 0,28 pour cent, respectivement, au niveau de confiance de 95 %.
Cette semaine, au Symposium Lepton-Photon à Toronto, Canada, la collaboration ATLAS a présenté de nouvelles recherches pour deux désintégrations supplémentaires du boson de Higgs :en une paire d'électrons (H→ee), et dans la combinaison violant la saveur d'un électron et d'un muon (H→eµ).
La nouvelle recherche H→ee est une première pour la collaboration ATLAS. Ce canal particulier est particulièrement difficile à étudier, car la majorité des événements de paires d'électrons sont attendus pour provenir des désintégrations du boson Z (Z→ee). La désintégration du boson de Higgs serait considérée comme une "bosse" dans la masse invariante de la paire d'électrons, au-dessus du grand fond Z→ee. Les physiciens n'ont trouvé aucun excès de ce type dans les données et ont pu fixer une limite supérieure pour le rapport de branchement H→ee de 0,036 % au niveau de confiance de 95 %.
La recherche de H→eµ a été effectuée de manière similaire, bien que les processus d'arrière-plan attendus soient plus petits et proviennent d'un certain nombre de processus. Comme dans le cas de la recherche de H→ee, aucun excès significatif d'événements n'a été observé et une limite supérieure de 0,006 pour cent a été fixée pour le rapport de branchement H→eµ au niveau de confiance de 95 pour cent.
Ces nouvelles analyses terminées, la collaboration ATLAS a maintenant recherché toutes les désintégrations possibles du boson de Higgs en deux leptons chargés. Cependant, le travail n'est pas encore fini, et ATLAS continuera d'étudier en profondeur les interactions des leptons chargés avec le boson de Higgs.
