Seis anos após sua descoberta, o bóson de Higgs foi finalmente observado decaindo em partículas fundamentais conhecidas como quarks bottom. A descoberta, apresentado hoje no CERN pelas colaborações ATLAS e CMS no Large Hadron Collider (LHC), é consistente com a hipótese de que o campo quântico que tudo permeia atrás do bóson de Higgs também dá massa ao quark bottom. Ambas as equipes enviaram seus resultados para publicação hoje.

O modelo padrão da física de partículas prevê que cerca de 60% do tempo um bóson de Higgs decairá para um par de quarks bottom, o segundo mais pesado dos seis sabores de quarks. Testar essa previsão é crucial porque o resultado daria suporte ao Modelo Padrão - que é construído sobre a ideia de que o campo de Higgs dota os quarks e outras partículas fundamentais de massa - ou balançaria seus alicerces e apontaria para uma nova física.

Identificar este canal comum de decaimento do bóson de Higgs não é nada fácil, como o período de seis anos desde a descoberta do bóson mostrou. O motivo da dificuldade é que existem muitas outras maneiras de produzir quarks bottom em colisões próton-próton. Isso torna difícil isolar o sinal de decaimento do bóson de Higgs do "ruído" de fundo associado a tais processos. Por contraste, os canais de decaimento do bóson de Higgs menos comuns que foram observados no momento da descoberta da partícula, como a decadência para um par de fótons, são muito mais fáceis de extrair do fundo.

Para extrair o sinal, as colaborações ATLAS e CMS combinaram dados da primeira e da segunda execuções do LHC, que envolveu colisões com energias de 7, 8 e 13 TeV. Eles então aplicaram métodos de análise complexos aos dados. O resultado, para ATLAS e CMS, foi a detecção do decaimento do bóson de Higgs para um par de quarks bottom com uma significância que excede 5 desvios padrão. Além disso, ambas as equipes mediram uma taxa de decadência que é consistente com a previsão do Modelo Padrão, dentro da precisão atual da medição.

"Esta observação é um marco na exploração do bóson de Higgs. Mostra que os experimentos ATLAS e CMS alcançaram uma compreensão profunda de seus dados e um controle de fundos que supera as expectativas. O ATLAS agora observou todos os acoplamentos do bóson de Higgs ao quarks pesados ​​e léptons de terceira geração, bem como todos os principais modos de produção, "disse Karl Jakobs, porta-voz da colaboração ATLAS.

"Desde a observação do primeiro experimento único do decaimento do bóson de Higgs para tau-leptons, um ano atrás, CMS, junto com nossos colegas da ATLAS, observou o acoplamento do bóson de Higgs aos férmions mais pesados:o tau, o quark superior, e agora o quark inferior. O excelente desempenho do LHC e as técnicas modernas de aprendizado de máquina nos permitiram alcançar esse resultado antes do esperado, "disse Joel Butler, porta-voz da colaboração CMS.

Com mais dados, as colaborações irão melhorar a precisão dessas e de outras medições e sondar o decaimento do bóson de Higgs em um par de férmions muito menos massivos chamados múons, sempre atento a desvios nos dados que possam apontar para uma física além do Modelo Padrão.

"Os experimentos continuam focalizando a partícula de Higgs, que muitas vezes é considerado um portal para a nova física. Essas belas e precoces realizações também reforçam nossos planos para atualizar o LHC para aumentar substancialmente as estatísticas. Os métodos de análise agora mostraram atingir a precisão necessária para a exploração de todo o panorama da física, incluindo esperançosamente nova física que até agora esconde tão sutilmente, "disse o Diretor de Pesquisa e Computação do CERN, Eckhard Elsen.