ATLAS Experiment føjer flere brikker til Higgs boson-puslespillet

Higgs-bosonen blev opdaget i 2012 af ATLAS- og CMS-eksperimenterne på CERN, men dets kobling til andre partikler forbliver et puslespil.

Heldigvis, LHC giver mange vinduer til måling af Higgs bosonkoblinger. Der er fire hovedmåder at producere Higgs boson på:gennem fusion af to gluonpartikler (gluonfusion, eller ggF), gennem fusion af svage vektorbosoner (VBF), eller i forbindelse med en W- eller Z-boson (VH), eller en eller flere topkvarker (ttH+tH). Der er også fem hovedkanaler, hvor Higgs bosoner kan henfalde:i par af fotoner, W eller Z bosoner, tau leptoner eller b kvarker. Hver af disse processer giver unik indsigt i Higgs bosonegenskaber.

Takket være de hidtil usete mængder af Higgs-bosoner produceret på LHC, alle de ovennævnte produktions- og henfaldstilstande er nu blevet observeret. I et nyt resultat præsenteret af ATLAS Collaboration, ved hjælp af data indsamlet gennem 2017, målingerne for hver af disse processer har nået signifikansgrænsen på fem standardafvigelser, hvorefter deres eksistens anses for at være etableret.

Higgs-bosonudbytterne for de fleste af kombinationerne af produktion og henfald er blevet målt (se figur) og har vist sig at stemme overens med standardmodellens forudsigelser. Målingen af ​​tværsnittene for hver produktionstilstand i proton-protonkollisioner ved 13 TeV, forudsat at henfaldene sker som forudsagt af standardmodellen, er de mest præcise, der er opnået til dato.

Fysikere er også begyndt at udforske Higgs boson-puslespillet på en ny måde. I de seneste analyser, i stedet for at tælle Higgs bosoner inklusive i de store produktions- og forfaldstilstande, ATLAS fysikere har målt Higgs boson topologier separat for mindre områder af fase-rummet:forskellige områder af Higgs boson tværgående momentum, antal tilhørende jetfly, og tal og kinematiske egenskaber af tilhørende svage bosoner og topkvarker. Ved at bruge disse mindre puslespilsbrikker, kaldet "forenklede skabelontværsnit" (STXS), giver fysikere mulighed for bedre at adskille måleprocessen fra fortolkningen med hensyn til teoretiske egenskaber. Ultimativt, det giver et finere billede af Higgs bosonkoblinger ved LHC og mere stringente test af standardmodellen.

Blandt de STXS-regioner, der tages i betragtning i analysen, nogle er allerede blevet målt med god præcision ved LHC, men der er hidtil ikke observeret nogen afvigelse fra standardmodellen. Disse målinger giver fysikere mulighed for yderligere at øge følsomheden på Higgs-bosonens koblingsegenskaber til de andre elementarpartikler. Yderligere, de har sat begrænsninger på nye fysikteorier – såsom "to-Higgs-dubletmodellen", som introducerer yderligere Higgs-bosoner, og den hMSSM supersymmetriske model - som er strengere end dem, der tidligere er rapporteret af ATLAS.

Disse målinger vil fortsætte med at blive bedre, efterhånden som flere data fra kørsel 2 og senere er inkluderet, giver et endnu finere billede af Higgs-bosonens egenskaber.