Figura 1:Seções transversais medidas dos principais modos de produção do bóson de Higgs no LHC, ou seja, fusão gluon-gluon (ggF), fusão de bóson fraca (VBF), produção associada a um bóson vetorial fraco W ou Z (WH e ZH), e produção associada com quarks top (ttH e tH), normalizado para as previsões do modelo padrão. A incerteza de cada medição (indicada pela barra de erro) é dividida em partes estatísticas (caixa amarela) e sistemáticas (caixa azul). A incerteza da teoria (caixa cinza) na previsão do Modelo Padrão (linha vermelha vertical na unidade) também é mostrada. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
O bóson de Higgs, descoberto no Large Hadron Collider (LHC) em 2012, tem um papel singular no modelo padrão da física de partículas. Mais notável é a afinidade do bóson de Higgs com a massa, que pode ser comparada à carga elétrica de um campo elétrico:quanto maior a massa de uma partícula fundamental, quanto maior a força de sua interação, ou "acoplamento, "com o bóson de Higgs. Desvios dessas previsões podem ser uma marca registrada da nova física nesta parte ainda pouco explorada do Modelo Padrão.
Os acoplamentos do bóson de Higgs se manifestam na taxa de produção do bóson de Higgs no LHC, e suas taxas de ramificação de decaimento em vários estados finais. Essas taxas foram medidas com precisão pelo experimento ATLAS no CERN, usando até 80 fb -1 de dados coletados em uma energia de colisão próton-próton de 13 TeV de 2015 a 2017. As medições foram realizadas em todos os principais canais de decaimento do bóson de Higgs:para pares de fótons, Bósons W e Z, quarks de baixo, taus, e múons. A taxa de produção geral do bóson de Higgs foi medida para estar de acordo com as previsões do Modelo Padrão, com uma incerteza de 8%. A incerteza foi reduzida de 11% nas medições combinadas anteriores divulgadas no ano passado.
As medições são divididas em modos de produção (assumindo taxas de ramificação de decaimento do Modelo Padrão), como mostrado na Figura 1. Todos os quatro modos de produção principais foram agora observados no ATLAS com uma significância de mais de 5 desvios padrão:o modo de fusão glúon-gluon estabelecido há muito tempo, a produção associada recentemente observada com o par de quarks top, e o último remanescente do modo de fusão de bóson fraco, apresentado hoje pela ATLAS. Juntamente com a observação da produção em associação com um bóson fraco e do decaimento H → bb em uma medição separada , esses resultados pintam um quadro completo da produção e decadência do bóson de Higgs.
Figura 2:Razões de forças de acoplamento para cada partícula. Tomando proporções, as suposições do modelo (como a largura total do bóson de Higgs) podem ser reduzidas significativamente. Entre todos os testes interessantes realizados, aquele que compara a fusão glúon-glúon e a produção do bóson de Higgs em associação com os quarks top é representado por λtg no gráfico. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Os físicos podem usar esses novos resultados para estudar os acoplamentos do bóson de Higgs a outras partículas fundamentais. Esses acoplamentos estão em excelente acordo com a previsão do Modelo Padrão em uma faixa que cobre 3 ordens de magnitude em massa, do quark top (a partícula mais pesada no modelo padrão e, portanto, com a interação mais forte com o bóson de Higgs) para os múons muito mais leves (para os quais apenas um limite superior do acoplamento com o bóson de Higgs foi obtido até agora).
As medições também investigam o acoplamento do bóson de Higgs aos glúons no processo de produção da fusão glúon-gluon, que prossegue através de um diagrama de loop e, portanto, é particularmente sensível à nova física. No modelo padrão, o loop é mediado principalmente por quarks top. Portanto, possíveis novas contribuições da física podem ser testadas comparando o acoplamento do gluon com a medição direta do acoplamento do quark top na produção do bóson de Higgs em associação com os quarks top, conforme mostrado na Figura 2.
A excelente concordância com o Modelo Padrão, que é observado por toda parte, pode ser usado para definir limites rigorosos em novos modelos de física. Eles são baseados em possíveis modificações nos acoplamentos de Higgs e complementam as pesquisas diretas realizadas no LHC.
