p Anteriormente, o bóson de Higgs foi observado decaindo em fótons, tau-léptons, e bósons W e Z. Contudo, essas conquistas impressionantes representam apenas 30% dos decaimentos do bóson de Higgs. O decaimento preferido do bóson de Higgs para um par de quarks b (H → bb) foi previsto para acontecer cerca de 58 por cento do tempo, conduzindo assim a curta vida útil do bóson de Higgs, e assim permaneceu evasivo. Observar essa decadência preencheria uma das grandes peças que faltam em nosso conhecimento do setor de Higgs e confirmaria que o mecanismo de Higgs é responsável pelas massas dos quarks; Adicionalmente, também pode fornecer dicas de uma nova física além de nossas teorias atuais. Contudo, é uma peça vital que falta no quebra-cabeça do bóson de Higgs. p Mas depois de mais de 1 milhão de decaimentos H → bb apenas no experimento ATLAS, por que os pesquisadores ainda não viram? Isso parece especialmente estranho, considerando que decaimentos do bóson de Higgs menos frequentes foram observados.

p A resposta está na abundância de quarks b criados no detector ATLAS devido a fortes interações. Criamos pares de quarks b 10 milhões de vezes mais frequentemente do que criamos um decaimento H → bb, o que torna a seleção deles contra aquele fundo grande uma tarefa extremamente desafiadora. Portanto, procuramos decaimentos H → bb quando eles são produzidos em associação com outra partícula - neste caso, um bóson vetorial (W ou Z). Os decaimentos mais distintos dos bósons vetoriais fornecem uma maneira de reduzir o grande fundo. Isso leva a uma taxa de produção muito menor - esperamos ter criado apenas 30, 000 H → bb decai desta forma, mas oferece uma oportunidade de detectar essa decadência evasiva.

p No entanto, mesmo nesta condição, os processos de fundo que imitam o sinal H → bb ainda são grandes, complexo e difícil de modelar. Os colaboradores do ATLAS fizeram um grande esforço para isolar o pequeno sinal H → bb do grande fundo. Depois de selecionar as colisões de interesse, eles ficaram com o número esperado de cerca de 300 eventos H → bb em comparação com 70, 000 eventos de segundo plano. Em última análise, eles esperavam ver um excesso de eventos de colisão em relação à nossa previsão de fundo (uma saliência) que aparece na massa do bóson de Higgs.

p Depois de analisar todos os dados coletados pela ATLAS em 2015 e 2016, os pesquisadores finalmente alcançaram o nível de precisão para confirmar a evidência para H → bb com uma significância observada de 3,6 σ ao combinar os conjuntos de dados da Execução 1 e da Execução 2. Conforme mostrado na figura, um aumento é observado que é altamente consistente com as expectativas, confirmando muitos aspectos-chave do comportamento dos bósons de Higgs. Ao lado da colisão, há uma decadência de um bóson Z (massa de 91 GeV) para um par de quarks b, produzido de forma semelhante ao bóson de Higgs, mas mais abundantemente. Ele serve como uma validação poderosa da análise.

p Identificar H → bb é apenas o começo. Os estudos desta nova decadência abrirão uma janela totalmente nova para o Higgs, e também pode fornecer dicas de novas físicas além de nossas teorias atuais. Fique ligado neste canal.