Dois anos atrás, o bóson de Higgs foi observado decaindo para um par de quarks de beleza (H → bb), movendo seu estudo da "era da descoberta" para a "era da medição". Medindo as propriedades do bóson de Higgs e comparando-as com as previsões teóricas, os físicos podem entender melhor esta partícula única, e no processo, busca por desvios de previsões que apontariam para novos processos físicos além de nossa compreensão atual da física de partículas.

Um desses desvios poderia ser a taxa na qual os bósons de Higgs são produzidos sob condições particulares. Quanto maior o momento transversal do bóson de Higgs, isto é, o momento do bóson de Higgs perpendicular à direção dos feixes de prótons do Grande Colisor de Hádrons (LHC) - quanto maior acreditamos ser a sensibilidade aos novos processos físicos de pesados, ainda partículas invisíveis.

H → bb é o canal de busca ideal para buscar tais desvios na taxa de produção. Como o decaimento mais provável do bóson de Higgs (responsável por ~ 58% de todos os decaimentos do bóson de Higgs), sua maior abundância permite que os físicos investiguem ainda mais as regiões de alto momento transversal, onde a taxa de produção diminui devido à estrutura composta dos prótons em colisão.

Em novos resultados divulgados neste mês, a ATLAS Collaboration no CERN estudou o conjunto de dados completo do LHC Run 2 para fornecer uma medição atualizada de H → bb, onde o bóson de Higgs é produzido em associação com um bóson vetorial (W ou Z). Entre vários novos resultados, ATLAS relata a observação da produção do bóson de Higgs em associação com um bóson Z com uma significância de 5,3 desvios padrão (σ), e evidência de produção com um bóson W com significância de 4,0 σ.

A nova análise usa cerca de 75% a mais de dados do que a edição anterior. Avançar, Os físicos do ATLAS implementaram várias melhorias, incluindo:

• Algoritmos de aprendizado de máquina Better Boosted Decision Tree (BDT) usados ​​para separar colisões contendo um bóson de Higgs daquelas contendo apenas processos de segundo plano. A Figura 2 mostra a separação alcançada entre esses processos por um dos BDTs.
• Seleções atualizadas usadas para identificar colisões de interesse enriquecidas nos vários processos em segundo plano. Essas "regiões de controle" permitiram aos físicos obter uma melhor compreensão e um controle sobre os processos de fundo.
• Maior número de colisões simuladas. Embora crucial para prever fundos em uma medição, simular colisões em todo o detector ATLAS é um processo de computação intensiva. Nesta nova análise, as equipes em todo o ATLAS fizeram grandes esforços para aumentar o número de colisões simuladas por um fator de quatro em comparação com a análise anterior.

Essas melhorias permitiram que os físicos do ATLAS fizessem medições mais precisas da taxa de produção do bóson de Higgs em diferentes momentos transversais, e estender seu alcance a valores mais elevados.

Os físicos do ATLAS também anunciaram uma extensão do estudo H → bb:uma nova versão da análise projetada para sondar o bóson de Higgs quando ele é produzido com momentos transversais muito grandes. Normalmente, os dois quarks b do decaimento H → bb se manifestam no detector ATLAS como dois sprays separados de partículas altamente colimadas e energéticas, chamados de "jatos". Contudo, quando o bóson de Higgs é produzido em um momento transversal muito grande, excedendo o dobro da massa do bóson de Higgs de 125 GeV, o sistema H → bb é "impulsionado". Os dois quarks b tendem a ser produzidos próximos, fundindo-se em um jato, conforme mostrado na exibição de eventos acima. A nova análise usou diferentes algoritmos de reconstrução de b-jet sintonizados para este regime impulsionado. Eles permitiram que os físicos identificassem decaimentos H → bb impulsionados, reconstruir a massa do bóson de Higgs, e identificar um excesso sobre os processos de fundo, conforme mostrado na Figura 3.

A nova técnica permitiu ao ATLAS explorar o espaço de fase do bóson de Higgs particularmente interessante de grandes eventos de momento transversal com eficiência aprimorada. Além disso, permitiu que os físicos observassem os bósons de Higgs produzidos em valores de momento transversal ainda maiores - um importante avanço na busca por uma nova física.

Essas análises são etapas vitais em uma longa jornada para medir as propriedades do bóson de Higgs. À medida que os físicos aprimoram ainda mais seus algoritmos, melhorar sua compreensão dos processos de segundo plano e coletar mais dados, eles se aventuram cada vez mais em território desconhecido, onde uma nova física pode esperar.