Hoje, exatamente dez anos depois de anunciar a descoberta do bóson de Higgs, as colaborações internacionais ATLAS e CMS no Large Hadron Collider (LHC) relatam os resultados de seus estudos mais abrangentes sobre as propriedades dessa partícula única. Os estudos independentes, descritos em dois artigos publicados hoje na Nature , mostram que as propriedades da partícula são notavelmente consistentes com as do bóson de Higgs previstas pelo Modelo Padrão da física de partículas. Os estudos também mostram que a partícula está se tornando cada vez mais um meio poderoso para procurar fenômenos novos e desconhecidos que, se encontrados, podem ajudar a esclarecer alguns dos maiores mistérios da física, como a natureza da misteriosa matéria escura presente na universo.
O bóson de Higgs é a manifestação de partículas de um campo quântico onipresente, conhecido como campo de Higgs, que é fundamental para descrever o universo como o conhecemos. Sem esse campo, partículas elementares como os quarks constituintes dos prótons e nêutrons dos núcleos atômicos, bem como os elétrons que circundam os núcleos, não teriam massa, nem as partículas pesadas (bósons W) que carregam as cargas fracas. força, que inicia a reação nuclear que alimenta o Sol.

Para explorar todo o potencial dos dados do LHC para o estudo do bóson de Higgs, incluindo suas interações com outras partículas, ATLAS e CMS combinam vários processos complementares nos quais o bóson de Higgs é produzido e "decai" em outras partículas.

Isso é o que as colaborações fizeram em seus novos estudos independentes, usando seus conjuntos de dados completos do LHC Run 2, que incluem mais de 10.000 trilhões de colisões próton-próton e cerca de 8 milhões de bósons de Higgs – 30 vezes mais do que na época do descoberta da partícula. Os novos estudos combinam um número e uma variedade sem precedentes de processos de produção e decaimento do bóson de Higgs para obter o conjunto mais preciso e detalhado de medições até o momento de suas taxas, bem como das forças das interações do bóson de Higgs com outras partículas.

Todas as medições são notavelmente consistentes com as previsões do Modelo Padrão dentro de uma gama de incertezas dependendo, entre outros critérios, da abundância de um determinado processo. Para a força de interação do bóson de Higgs com os portadores da força fraca, obtém-se uma incerteza de 6%. A título de comparação, análises semelhantes com os conjuntos de dados completos da Execução 1 resultaram em uma incerteza de 15% para essa força de interação.

"Após apenas dez anos de exploração do bóson de Higgs no LHC, os experimentos ATLAS e CMS forneceram um mapa detalhado de suas interações com portadores de força e partículas de matéria", disse o porta-voz do ATLAS, Andreas Hoecker. "O setor de Higgs está diretamente ligado a questões muito profundas relacionadas à evolução do universo primitivo e sua estabilidade, bem como ao impressionante padrão de massa das partículas de matéria. A descoberta do bóson de Higgs desencadeou um esforço experimental empolgante, profundo e amplo que se estenderá por todo o programa do LHC."

"Esboçar um retrato do bóson de Higgs tão cedo era impensável antes que o LHC começasse a operar", diz o porta-voz do CMS Luca Malgeri. "As razões para esta conquista são múltiplas e incluem o desempenho excepcional do LHC e dos detectores ATLAS e CMS, e as técnicas engenhosas de análise de dados empregadas."

As novas análises de combinação também fornecem, entre outros novos resultados, limites rigorosos na interação do bóson de Higgs consigo mesmo e também em fenômenos novos e desconhecidos além do Modelo Padrão, como o decaimento do bóson de Higgs em partículas invisíveis que podem compor a matéria escura.

ATLAS e CMS continuarão revelando a natureza do bóson de Higgs usando dados do Run 3 do LHC, que começa amanhã em uma nova fronteira de alta energia, e da principal atualização do colisor, o High-Luminosity LHC (HL-LHC), de 2029. Com cerca de 18 milhões de bósons de Higgs projetados para serem produzidos em cada experimento na Execução 3 e cerca de 180 milhões nas execuções do HL-LHC, as colaborações esperam não apenas reduzir significativamente as incertezas de medição das interações do bóson de Higgs determinadas até agora, mas também observar algumas das interações do bóson de Higgs com as partículas de matéria mais leves e obter a primeira evidência significativa da interação do bóson consigo mesmo. + Explorar mais

Colaborações ATLAS e CMS perseguem o invisível com o bóson de Higgs