Figure 1 :Affichage de l'événement candidat du processus ZH → μμ cc, où un boson Z et un boson de Higgs se désintègrent en deux muons (traces rouges) et deux jets charmés (cônes bleus). Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
La clé pour comprendre le boson de Higgs et son rôle dans le modèle standard est de comprendre comment il interagit avec les particules de matière, c'est-à-dire les quarks et les leptons. Il existe trois générations de particules de matière, variant en masse du plus léger (première génération) au plus lourd (troisième génération). Bien que des indices d'interactions leptoniques de deuxième génération aient commencé à apparaître, les physiciens ont seulement confirmé expérimentalement que les masses des quarks les plus lourds provenaient de leurs interactions avec le champ de Higgs. Jusque là, les quarks plus légers n'ont pas encore été observés en interaction avec le boson de Higgs.
Cette semaine, Les physiciens de l'expérience ATLAS au CERN ont publié une nouvelle recherche directe de la désintégration du boson de Higgs pour charmer les quarks. L'observation de cette désintégration donnerait aux physiciens un nouvel aperçu de la relation du boson de Higgs avec la deuxième génération de particules de matière. Plus loin, mesurer la force (ou « couplage ») de l'interaction du boson de Higgs avec le quark charme pourrait donner aux physiciens un aperçu de nouveaux processus physiques.
Mais repérer cette pourriture s'est avéré tout un défi. Il ne représente que 3 % des désintégrations du boson de Higgs du modèle standard et, plus important, sa recherche est fortement dominée par des processus d'arrière-plan. Pour leur nouveau résultat, Les chercheurs d'ATLAS ont commencé par identifier des événements de collision avec des jets de particules provenant de l'hadronisation des quarks charmés. Ils ont utilisé une nouvelle méthode de classification multivariée, qui marquerait des hadrons avec des propriétés particulières, en particulier leur longueur de désintégration depuis le point de collision du LHC. Puis, maximiser la sensibilité de leur résultat au signal, les chercheurs ont classé ces événements par ceux contenant une ou deux balises charm-quark.
Figure 2 :Distributions de la masse invariante des deux jets, après soustraction d'arrière-plan et nécessitant une balise charm (gauche) ou deux balises charm (droite). Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Pour supprimer davantage les arrière-plans d'autres processus physiques, Les physiciens d'ATLAS ont ciblé leurs recherches sur les bosons de Higgs produits avec un boson vecteur (VH(cc)), où le boson vecteur (W ou Z) se désintègre à 0, 1, ou 2 électrons ou muons. La distribution de masse invariante di-charm, après soustraction des fonds, est illustré à la figure 2.
Les chercheurs ont validé cette stratégie d'analyse en étudiant également des événements avec deux bosons vecteurs qui contiennent la désintégration d'un boson W en un quark charm (VW(cq) ou la désintégration d'un boson Z en deux quarks charm (VZ(cc)). (cq) le processus a été mesuré avec une signification de signal de 3,8 sigma, et le processus VZ(cc) avec une signification de signal de 2,6 sigma. Les deux mesures, en utilisant le marquage de charme, sont en accord avec les mesures de précision des expériences précédentes.
Les physiciens n'ont trouvé aucun signe significatif de la désintégration du boson de Higgs pour charmer les quarks; le résultat a été utilisé pour fixer une limite sur le taux du processus VH(cc) (au niveau de confiance de 95 %) à 26 fois le taux prédit dans le modèle standard. Cette limite a également permis aux physiciens d'ATLAS de donner, pour la première fois, une interprétation significative du couplage Higgs-charme.
La nouvelle recherche directe d'ATLAS sur les désintégrations du boson de Higgs en quarks charmés contraint la valeur absolue du couplage modifié (au niveau de confiance de 95 %) à être, au plus, un facteur de 8,5 par rapport à la valeur prédite dans le modèle standard. Après avoir observé le couplage du boson de Higgs aux quarks les plus lourds, Les physiciens d'ATLAS étendent maintenant leur exploration du couplage du boson de Higgs aux quarks plus légers.
