Længesigtet henfald af Higgs boson observeret

Seks år efter opdagelsen, Higgs-bosonen er endelig blevet observeret henfalde til fundamentale partikler kendt som bundkvarker. Fundet, præsenteret i dag på CERN af ATLAS- og CMS-samarbejdet ved Large Hadron Collider (LHC), stemmer overens med hypotesen om, at det altgennemtrængende kvantefelt bag Higgs-bosonen også giver masse til bundkvarken. Begge hold har indsendt deres resultater til offentliggørelse i dag.

Standardmodellen for partikelfysik forudsiger, at omkring 60 % af tiden vil en Higgs-boson henfalde til et par bundkvarker, den næsttungeste af de seks varianter af kvarker. At teste denne forudsigelse er afgørende, fordi resultatet enten ville støtte standardmodellen - som er bygget på ideen om, at Higgs-feltet forsyner kvarker og andre fundamentale partikler med masse - eller rokke dets fundament og pege på ny fysik.

At opdage denne almindelige Higgs-boson henfaldskanal er alt andet end let, som den seksårige periode siden opdagelsen af ​​bosonet har vist. Årsagen til vanskeligheden er, at der er mange andre måder at producere bundkvarker på i proton-proton-kollisioner. Dette gør det svært at isolere Higgs-boson-henfaldssignalet fra baggrundsstøjen forbundet med sådanne processer. Derimod de mindre almindelige Higgs-boson-henfaldskanaler, der blev observeret på tidspunktet for opdagelsen af ​​partiklen, såsom henfaldet til et par fotoner, er meget nemmere at udtrække fra baggrunden.

For at udtrække signalet,  ATLAS- og CMS-samarbejdet kombinerede hver især data fra den første og anden kørsel af LHC, som involverede kollisioner ved energier på 7, 8 og 13 TeV. Derefter anvendte de komplekse analysemetoder på dataene. Resultatet, til både ATLAS og CMS, var påvisningen af ​​Higgs-bosonens henfald til et par bundkvarker med en betydning, der overstiger 5 standardafvigelser. Desuden, begge hold målte en hastighed for henfaldet, der er i overensstemmelse med standardmodellens forudsigelse, inden for målingens aktuelle præcision.

"Denne observation er en milepæl i udforskningen af ​​Higgs-bosonen. Den viser, at ATLAS- og CMS-eksperimenterne har opnået en dyb forståelse af deres data og en kontrol af baggrunde, der overgår forventningerne. ATLAS har nu observeret alle koblinger af Higgs-bosonen til tunge kvarker og leptoner af tredje generation såvel som alle større produktionsformer, sagde Karl Jakobs, talsmand for ATLAS-samarbejdet.

"Siden den første enkelt-eksperimentobservation af Higgs-bosonets henfald til tau-leptoner for et år siden, CMS, sammen med vores kolleger i ATLAS, har observeret koblingen af ​​Higgs-bosonen til de tungeste fermioner:tau, den øverste kvark, og nu bundkvarken. Den fremragende LHC-ydelse og moderne maskinlæringsteknikker gjorde det muligt for os at opnå dette resultat tidligere end forventet, " sagde Joel Butler, talsmand for CMS-samarbejdet.

Med flere data, samarbejdet vil forbedre præcisionen af ​​disse og andre målinger og undersøge nedbrydningen af ​​Higgs-bosonen til et par meget mindre massive fermioner kaldet muoner, holder altid øje med afvigelser i dataene, der kan pege på fysik ud over standardmodellen.

"Eksperimenterne fortsætter med at være hjemme på Higgs-partiklen, som ofte betragtes som en portal til ny fysik. Disse smukke og tidlige præstationer understreger også vores planer om at opgradere LHC for at øge statistikken væsentligt. Analysemetoderne har nu vist sig at nå den præcision, der kræves for at udforske det fulde fysiklandskab, inklusive forhåbentlig ny fysik, der hidtil gemmer sig så subtilt, " sagde CERN-direktør for forskning og databehandling Eckhard Elsen.