Físicos de la colaboración ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN han publicado la investigación más sensible hasta la fecha sobre la producción y el autoacoplamiento de D-Higgs, lograda combinando cinco estudios de D-Higgs con datos del LHC Run 2.
Vista de evento de un evento candidato binario de Higgs capturado en 2017. Crédito de la imagen: ATLAS Collaboration/CERN.
¿Recuerdas lo difícil que fue encontrar un solo bosón de Higgs? Intenta encontrar dos en el mismo lugar al mismo tiempo.
Este fascinante proceso, conocido como producción de D-Higgs, puede informar a los científicos sobre la autointeracción del bosón de Higgs.
Al estudiarlos, los físicos pueden medir la fuerza del autoacoplamiento del bosón de Higgs, un aspecto fundamental del Modelo Estándar que vincula el mecanismo de Higgs y la estabilidad de nuestro universo.
La búsqueda de la producción de un doble de Higgs es una tarea particularmente difícil.
Es un proceso muy raro, aproximadamente 1.000 veces más raro que un solo bosón de Higgs.
Durante el LHC Run 2, se espera que sólo se produzcan unos pocos miles de eventos binarios de Higgs en ATLAS, en comparación con los 40 millones de colisiones que ocurren cada segundo.
Entonces, ¿cómo pueden los físicos encontrar estas raras agujas en el pajar de datos?
Una forma de facilitar la búsqueda de la producción binaria de Higgs es buscarla en varios lugares.
Al observar las diferentes formas en que un De Higgs puede desintegrarse (modos de desintegración) y agruparlas, los físicos pueden maximizar sus posibilidades de encontrar y estudiar una producción de De Higgs.
El nuevo resultado de la colaboración ATLAS es la investigación más completa hasta la fecha y cubre más de la mitad de todos los posibles eventos binarios de Higgs en ATLAS.
Los cinco estudios individuales de esta colección se centraron en diferentes tipos de deterioro, cada uno con sus pros y sus contras.
Por ejemplo, el patrón de desintegración de Higgs más probable es el de cuatro quarks inferiores.
Sin embargo, es probable que los procesos QCD del modelo estándar produzcan cuatro quarks down, lo que dificulta distinguir un evento de Higgs de este proceso en segundo plano.
La desintegración del D Higgs en dos quarks down y dos leptones tau tiene una contaminación de fondo moderada, pero es cinco veces menos común y contiene neutrinos que escapan sin ser detectados, lo que complica la capacidad de los físicos para reconstruir la desintegración.
La desintegración en múltiples leptones, aunque no es muy rara, tiene firmas complejas.
Otras desintegraciones de De Higgs son mucho más raras, como la desintegración de dos quarks inferiores y dos fotones.
Este estado final representa sólo el 0,3% del total de la desintegración del doble Higgs, pero tiene una firma más limpia y mucha menos contaminación de fondo.
Combinando los resultados de la búsqueda de cada una de estas desintegraciones, los físicos de ATLAS pudieron descubrir que la probabilidad de producir dos bosones de Higgs excluye valores más de 2,9 veces las predicciones del Modelo Estándar.
Este resultado tiene un nivel de confianza del 95%, con una sensibilidad esperada de 2,4 (suponiendo que este proceso no exista en la naturaleza).
También pudieron limitar la fuerza del autoacoplamiento del bosón de Higgs, logrando la mejor sensibilidad hasta ahora para este importante observable.
Descubrieron que la magnitud de la constante de autoacoplamiento de Higgs y la fuerza de la interacción entre dos bosones de Higgs y dos bosones vectoriales concuerdan con las predicciones del modelo estándar.
«Este resultado combinado representa un hito en el estudio de la producción del binario de Higgs», dijeron.
ellos resultados Será publicado en revista Cartas de revisión física.
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Colaboración Atlas. 2024. Un conjunto de búsquedas de producción de pares de bosones de Higgs en colisiones de PP en s√=13 TeV con el detector ATLAS. Física. Rev. iluminado, En la prensa; arXiv: 2406.09971
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