Figura 1:Exibição do evento candidato do processo ZH → μμ cc, onde um bóson Z e um bóson de Higgs decaem para dois múons (trilhas vermelhas) e dois jatos marcados com charme (cones azuis). Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
A chave para entender o bóson de Higgs e seu papel no Modelo Padrão é entender como ele interage com as partículas de matéria, isto é, quarks e leptões. Existem três gerações de partículas de matéria, variando em massa do mais leve (primeira geração) ao mais pesado (terceira geração). Embora sugestões de interações de leptões de segunda geração tenham começado a aparecer, os físicos confirmaram apenas experimentalmente que as massas dos quarks mais pesados se originam de suas interações com o campo de Higgs. Até aqui, quarks mais leves ainda não foram observados interagindo com o bóson de Higgs.
Esta semana, físicos do ATLAS Experiment no CERN lançaram uma nova busca direta pela decadência do bóson de Higgs para encantar quarks. A observação dessa decadência daria aos físicos uma nova visão sobre a relação do bóson de Higgs com a segunda geração de partículas de matéria. Avançar, medir a força (ou "acoplamento") da interação do bóson de Higgs com o quark charme poderia dar aos físicos uma visão sobre novos processos físicos.
Mas detectar essa decadência se mostrou um grande desafio. É responsável por apenas 3% dos decaimentos do bóson de Higgs do Modelo Padrão e, mais importante, sua pesquisa é fortemente dominada por processos em segundo plano. Para seu novo resultado, Os pesquisadores do ATLAS começaram identificando eventos de colisão com jatos de partículas originados da hadronização de quarks encantadores. Eles usaram um novo método de classificação multivariada, que marcaria os hádrons com propriedades particulares, em particular, seu comprimento de decaimento a partir do ponto de colisão do LHC. Então, para maximizar a sensibilidade do resultado ao sinal, os pesquisadores categorizaram esses eventos por aqueles que contêm uma ou duas marcas de quark charme.
Figura 2:Distribuições da massa invariante dos dois jatos, após a subtração do fundo e exigindo uma etiqueta charme (esquerda) ou duas etiquetas charme (direita). Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Para suprimir ainda mais as origens de outros processos físicos, Os físicos do ATLAS direcionaram sua pesquisa para bósons de Higgs produzidos em conjunto com um bóson de vetor (VH (cc)), onde o bóson vetorial (W ou Z) decai para 0, 1, ou 2 elétrons ou múons. A distribuição de massa invariante di-charme, após a subtração dos fundos, é mostrado na Figura 2.
Os pesquisadores validaram esta estratégia de análise estudando também eventos com dois bósons vetoriais que contêm o decaimento de um bóson W para um quark charme (VW (cq) ou o decaimento de um bóson Z para dois quarks charme (VZ (cc)). (cq) o processo foi medido com uma significância de sinal de 3,8 sigma, e o processo VZ (cc) com significância de sinal de 2,6 sigma. Ambas as medidas, usando charme etiquetagem, estão de acordo com medições de precisão em experimentos anteriores.
Os físicos não encontraram nenhum sinal significativo da decadência do bóson de Higgs para encantar quarks; o resultado foi usado para definir um limite na taxa do processo VH (cc) (no nível de confiança de 95%) para ser 26 vezes a taxa prevista no modelo padrão. Esse limite também permitiu aos físicos do ATLAS - pela primeira vez - dar uma interpretação significativa do acoplamento Higgs-encanto.
A nova busca direta do ATLAS por decaimentos do bóson de Higgs para encantar quarks restringe o valor absoluto do acoplamento modificado (no nível de confiança de 95%) a ser, no máximo, um fator 8,5 do valor previsto no Modelo Padrão. Depois de observar o acoplamento do bóson de Higgs aos quarks mais pesados, Os físicos do ATLAS estão agora expandindo sua exploração do acoplamento do bóson de Higgs aos quarks mais leves.
