O bóson de Higgs ainda poderia nos surpreender? Desde sua descoberta em 2012, As colaborações do ATLAS e do CMS no CERN têm estudado ativamente as propriedades dessa adição mais recente e misteriosa ao Modelo Padrão da física de partículas.

No modelo padrão, o mecanismo de Brout-Englert-Higgs prevê que o bóson de Higgs irá interagir com partículas de matéria (quarks e leptons, conhecidos como férmions) com uma força proporcional à massa da partícula. Ele também prevê que o bóson de Higgs irá interagir com as partículas portadoras de força (bósons W e Z) com uma força proporcional ao quadrado da massa da partícula. Portanto, medindo o decaimento do bóson de Higgs e as taxas de produção, que dependem da força de interação com essas outras partículas, Os físicos do ATLAS podem realizar um teste fundamental do Modelo Padrão.

Semana Anterior, no Conferência da Sociedade Europeia de Física sobre Física de Altas Energias (EPS-HEP) em Ghent, Bélgica, a colaboração ATLAS liberado um novo resultado preliminar procurando por bóson de Higgs decai para um par de múon e antimuon (H → μμ). O novo, resultado mais sensível usa o conjunto de dados Run 2 completo, analisando quase o dobro de eventos do bóson de Higgs do que o resultado ATLAS anterior (lançado em 2018, para a conferência ICHEP).

As colaborações ATLAS e CMS já observaram o bóson de Higgs decaindo para tau lepton - o primo mais pesado do múon, pertencentes à terceira "geração" de férmions. Uma vez que os múons são muito mais leves do que os léptons do tau, espera-se que o decaimento do bóson de Higgs para um par de múons ocorra cerca de 300 vezes menos do que para um par tau-leptão. Apesar dessa escassez, o decaimento H → μμ oferece a melhor oportunidade para medir a interação de Higgs com férmions de segunda geração no LHC, fornecendo novos insights sobre a origem da massa para diferentes gerações de férmions.

Experimentalmente, O ATLAS está bem equipado para identificar e reconstruir pares de múons. Ao combinar as medições do detector interno ATLAS e do espectrômetro de múon, os físicos podem alcançar uma boa resolução do momento do múon. Contudo, eles também devem explicar os múons sendo criados por um fundo comum:o abundante "processo Drell-Yan", onde um par de múon é produzido através da troca de um bóson Z virtual ou um fóton. Para ajudar a diferenciar o sinal H → μμ deste fundo, As equipes ATLAS usam discriminantes multivariados (árvores de decisão impulsionadas), que exploram as diferentes propriedades de produção e decomposição de cada evento. Por exemplo, Os eventos de sinal H → μμ são caracterizados por um sistema de pares de múons mais central e um momento maior no plano transversal aos prótons em colisão.

Para aumentar ainda mais a sensibilidade da pesquisa, os físicos separam os eventos potenciais H → μμ em várias categorias, cada um com diferentes razões esperadas de sinal para fundo. Eles examinam cada categoria separadamente, estudar a distribuição da massa do par de múons dos eventos selecionados. As abundâncias de sinal e fundo podem então ser determinadas simultaneamente por um ajuste ao espectro de massa, explorando as diferentes formas dos processos de sinal e de fundo. A Figura 2 mostra a distribuição de massa de pares de múons resultante combinada em todas as categorias.

No novo resultado do ATLAS, nenhum excesso significativo de eventos acima do fundo medido foi observado na região do sinal em torno da massa do bóson de Higgs de 125 GeV. A significância do sinal observada é de 0,8 desvios padrão para 1,5 desvios padrão esperados do modelo padrão. Um limite superior na seção transversal de produção do bóson de Higgs vezes a fração de ramificação para múons foi definido em 1,7 vezes a previsão do Modelo Padrão com nível de confiança de 95%. Este novo resultado representa uma melhoria de cerca de 50% em relação aos resultados ATLAS anteriores.