Figuras 1 e 2:Medição das seções transversais de produção do bóson de Higgs em seus principais modos de produção e normalizada para as previsões do Modelo Padrão, conforme obtido pelos canais de decaimento H → ZZ * → 4ℓ e H → γγ, respectivamente. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Desde a retomada da operação para a Execução 2, o Large Hadron Collider (LHC) vem produzindo cerca de 20, 000 bósons de Higgs por dia em suas colisões próton-próton de 13 TeV. No final de 2015, os dados coletados pelas colaborações ATLAS e CMS já eram suficientes para novas observações do bóson de Higgs na nova energia de colisão. Agora, tendo registrado mais de 36, 000 trilhões de colisões entre 2015 e 2016, o experimento ATLAS pode realizar medições cada vez mais precisas das propriedades do bóson de Higgs.
Medir como o bóson de Higgs é produzido e como ele decai é um dos principais objetivos dos experimentos do LHC. Uma maior precisão nessas medições permite aos pesquisadores refinar a compreensão do setor de Higgs do Modelo Padrão, e também restringir novos fenômenos além do Modelo Padrão que modificariam o acoplamento do Higgs com as outras partículas do Modelo Padrão. Ao estudar o bóson de Higgs decai para pares de fótons (H → γγ) e para quatro leptons via bósons Z intermediários (H → ZZ * → 4ℓ, onde o '*' indica que um bóson Z é produzido fora de sua camada de massa), o experimento ATLAS pode medir as propriedades de acoplamento do bóson de Higgs com precisão sem precedentes.
No LHC, o bóson de Higgs é produzido por meio de processos com taxas muito diferentes:fusão de glúons, fusão vetor-bóson, WH, ZH, e ttH. Para sondar esses modos de produção, O ATLAS introduziu um conjunto de critérios para categorizar os eventos de Higgs com os estados finais H → γγ e H → ZZ * → 4ℓ. Os resultados deste estudo são apresentados nas figuras 1 e 2, onde a seção transversal medida, normalizado para o valor previsto pelo Modelo Padrão, é mostrado.
Figura 3:Momento transversal do bóson de Higgs medido no decaimento de Hyy, e em comparação com as previsões do modelo padrão. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Com o LHC produzindo um número cada vez maior de bósons de Higgs, ATLAS foi capaz de começar a medir a seção transversal de cada modo de produção em diferentes espaços de fase, definir um teste de estresse adicional para o modelo padrão. Esses resultados são usados para restringir possíveis modificações dos acoplamentos do bóson de Higgs daqueles previstos pelo Modelo Padrão. Nenhum desvio significativo da previsão ainda foi observado.
O canal de decaimento H → γγ também é usado para medir várias seções transversais diferenciais para observáveis sensíveis à produção e decaimento do bóson de Higgs, onde uma boa concordância foi encontrada entre os dados e as previsões do Modelo Padrão. Medições semelhantes já foram realizadas com decaimentos H → ZZ * → 4ℓ.
A combinação dessas medições separadas permitiu que o ATLAS trouxesse a sensibilidade experimental para mais perto da precisão das previsões do Modelo Padrão. A seção transversal de produção total do bóson de Higgs é medida em 57,0 +6,0 -5,9 +3,2 -2,7 pb, onde a primeira incerteza é estatística e a segunda de origem sistemática. O resultado é consistente com a previsão do Modelo Padrão de 55,6 +2,4 -3,4 pb.
O ATLAS continuará a estudar as propriedades do bóson de Higgs pelo resto da Execução 2, isolando seus raros modos de produção e medindo suas propriedades mais evasivas. Descobrir esses segredos irá cimentar ainda mais o Modelo Padrão, ou fornecer informações sobre o que está além.
