ATLAS -eksperiment undersøger, hvordan Higgs -bosonen interagerer med andre bosoner

Siden operationen blev genoptaget for kørsel 2, Large Hadron Collider (LHC) har produceret omkring 20, 000 Higgs bosoner om dagen i sine 13 TeV proton -proton kollisioner. I slutningen af ​​2015, data indsamlet af ATLAS og CMS -samarbejdet var allerede tilstrækkelige til nye observationer af Higgs -bosonen ved den nye kollisionsenergi. Nu, efter at have registreret mere end 36, 000 billioner kollisioner mellem 2015 og 2016, ATLAS -eksperimentet kan udføre stadig mere præcise målinger af egenskaberne ved Higgs -bosonet.

At måle, hvordan Higgs -bosonen produceres, og hvordan det henfalder, er et af de store mål for LHC -eksperimenterne. Større præcision i disse målinger giver forskere mulighed for at forfine forståelsen af ​​Higgs -sektoren i standardmodellen, og også begrænse nye fænomener ud over standardmodellen, der ville ændre koblingen af ​​Higgs med de andre standardmodelpartikler. Ved at studere Higgs boson forfalder til fotonpar (H → γγ) og til fire leptoner via mellemliggende Z bosoner (H → ZZ*→ 4ℓ, hvor '*' angiver, at en Z boson er produceret ud af dens masseskal), ATLAS -eksperimentet kan måle Higgs -bosons koblingsegenskaber med en hidtil uset præcision.

På LHC, Higgs -bosonen fremstilles gennem processer med meget forskellige hastigheder:gluonfusion, vektor-boson fusion, W H, ZH, og ttH. For at undersøge disse produktionsmetoder, ATLAS har indført et sæt kriterier for at kategorisere Higgs -begivenhederne med H → γγ og H → ZZ*→ 4ℓ sluttilstande. Resultaterne af denne undersøgelse er vist i figur 1 og 2, hvor det målte tværsnit, normaliseret til den værdi, der forudsiges af standardmodellen, er vist.

Da LHC producerer et stadigt stigende antal Higgs-bosoner, ATLAS har været i stand til at begynde at måle tværsnittet af hver produktionsmåde i forskellige faserum, indstilling af en ekstra stresstest til standardmodellen. Disse resultater bruges til at begrænse mulige ændringer af Higgs boson -koblinger fra dem, der forudsiges af standardmodellen. Ingen signifikant afvigelse fra forudsigelsen er endnu blevet observeret.

H → γγ henfaldskanalen bruges også til at måle flere differentialtværsnit for observerbare ting, der er følsomme over for Higgs bosonproduktion og forfald, hvor der blev fundet god overensstemmelse mellem dataene og standardmodelforudsigelserne. Lignende målinger er allerede blevet udført med H → ZZ*→ 4ℓ henfald.

Kombination af disse separate målinger tillod ATLAS at bringe den eksperimentelle følsomhed tættere på præcisionen i standardmodelforudsigelserne. Det samlede Higgs boson produktionstværsnit måles til 57,0 ^+6,0 _−5,9 ^+3,2 _-2,7 pb, hvor den første usikkerhed er statistisk og den anden af ​​systematisk oprindelse. Resultatet er i overensstemmelse med Standard Model -forudsigelsen på 55,6 ^+2,4 _-3,4 pb.

ATLAS vil fortsætte med at studere Higgs boson -egenskaberne for resten af ​​kørsel 2, isolere dens sjældne produktionsmåder og måle dens mere undvigende egenskaber. Afsløring af disse hemmeligheder vil enten yderligere cementere standardmodellen, eller give indsigt i, hvad der ligger ud over.