Figure 1 :Plages autorisées pour les coefficients de couplage des nouvelles interactions EFT. Le coefficient cHq(3), par exemple, décrit la force d'une interaction efficace à quatre particules entre deux quarks, un boson de jauge et le boson de Higgs – qui n'est pas présent dans le modèle standard. La prédiction du modèle standard pour ces coefficients est de zéro. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Les physiciens du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN sont à la recherche de phénomènes physiques dépassant le modèle standard. Certaines théories prédisent qu'une particule non encore découverte pourrait être trouvée sous la forme d'une nouvelle résonance (un pic étroit) similaire à celle qui a annoncé la découverte du boson de Higgs en 2012.
Cependant, La nature n'est pas toujours aussi bienveillante et les nouvelles résonances peuvent être si massives que leur production nécessite des énergies de collision au-delà de celle du LHC. Si c'est le cas, tout n'est pas perdu. Tout comme un terrain en pente douce peut indiquer la présence d'un sommet de montagne à venir, Les données du LHC peuvent contenir des indices que des phénomènes intéressants sont présents à des échelles d'énergie plus élevées.
Un modèle très efficace
Au lieu de chercher une nouvelle particule, les physiciens peuvent rechercher de nouveaux types d'interactions, pas présent dans le modèle standard. Puisque leurs mécanismes sous-jacents sont inconnus, ces interactions sont appelées interactions "efficaces", et leur cadre « théorie des champs efficaces » (EFT). Presque tous les types de nouvelle physique donnent lieu à ces nouvelles interactions, avec différents modèles théoriques laissant des empreintes différentes sur l'EFT. Cependant, les effets peuvent être subtils, surtout si les phénomènes de masse élevée sont bien au-delà de la portée de l'énergie de collision du LHC.
Étant donné que ces interactions supplémentaires affecteraient tous les processus physiques, les scientifiques de l'expérience ATLAS mettent en œuvre une nouvelle stratégie de recherche qui combine des mesures sur l'ensemble du spectre de leur programme de recherche. Une nouvelle analyse ATLAS publiée aujourd'hui utilise des mesures combinées des propriétés du boson de Higgs pour rechercher des signes de nouveaux phénomènes à l'aide de ce cadre EFT. Comme aucun nouveau phénomène n'a été observé, les physiciens fixent des contraintes sur leur magnitude. Parmi toutes les nouvelles interactions possibles entre les particules du modèle standard, seul un sous-ensemble lié au boson de Higgs a pu être testé (ceux étudiés dans la mesure combinée originale, qui comprend les désintégrations du boson de Higgs en deux quarks b, deux photons, et quatre leptons).
La figure 1 montre les plages autorisées pour les coefficients de couplage des nouvelles interactions EFT auxquelles l'analyse ATLAS est sensible. Le modèle standard exige que tous ces coefficients soient nuls, car les interactions ne sont pas présentes. Des écarts positifs ou négatifs significatifs indiqueraient de nouveaux phénomènes.
Toutes les mesures ATLAS sont compatibles avec le modèle standard, indiquant que si une nouvelle physique est présente, elle se situe soit à des échelles d'énergie supérieures à 1 TeV (l'échelle de masse de référence pour laquelle ces résultats sont rapportés), soit elle se manifeste dans d'autres interactions non sondées par cette étude. En attendant, grâce à la conception de l'analyse, les résultats peuvent être ajoutés à des combinaisons plus larges, avec des mesures EFT obtenues dans d'autres canaux de mesure et même dans d'autres expériences.
Figure 2 :Plages d'exclusion pour le scénario Mh125(χ), au niveau des deux paramètres du modèle :la masse du pseudoscalaire A et un autre paramètre du modèle, bronzage β, qui ensemble et en première approximation déterminent le secteur étendu du boson de Higgs du MSSM. Les zones en pointillé bleu et violet sont exclues par les recherches directes et la zone jaune est exclue par la nouvelle mesure basée sur les propriétés du boson de Higgs. La zone grise est exclue car la masse du boson de Higgs MSSM résultante ne serait pas compatible avec la valeur mesurée de 125,09 GeV. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Un super modèle
Le modèle standard supersymétrique minimal (MSSM) est une extension du modèle standard, qui prédit (en plus d'une pléthore d'autres nouvelles particules) un total de 5 bosons de Higgs - deux scalaires (h et H), un pseudoscalaire (A), et deux bosons de Higgs chargés (H +/- ) – ainsi que d'éventuelles modifications des interactions du boson de Higgs 125 GeV observé.
Les physiciens utilisent deux stratégies complémentaires pour rechercher des indices du MSSM :rechercher directement de nouvelles particules, ou indirectement par des mesures précises des propriétés du boson de Higgs. Dans une autre nouvelle analyse publiée par la collaboration ATLAS, les chercheurs ont suivi cette dernière stratégie, en utilisant la dernière combinaison de mesures de couplages Higgs dans tous les canaux de décroissance accessibles pour définir des contraintes sur les paramètres MSSM. Ils ont exploré plusieurs scénarios de référence MSSM, tous supposaient que le boson de Higgs de 125 GeV était le scalaire h le plus léger.
Un exemple est illustré à la figure 2, dans lequel certaines des nouvelles particules prédites dans le modèle sont relativement légères. Il montre que non seulement de larges plages d'espace de paramètres sont exclues, mais que ces exclusions complètent également bien celles des recherches directes précédemment effectuées.
Jusque là, le modèle standard gagne
Les nouveaux résultats d'ATLAS imposent des contraintes sur la nature possible de la nouvelle physique dans le cadre de l'EFT et excluent de grandes étendues d'espace de paramètres dans les scénarios MSSM. Leur succès n'est que la première étape de la nouvelle stratégie de recherche par mesures combinées. En élargissant la portée des mesures futures pour inclure plus d'analyses, y compris celles impliquant des bosons vecteurs et des quarks top, et en ajoutant plus de données, les physiciens prévoient de donner au modèle standard un défi encore plus difficile.
