ATLAS Experiment frigiver ny søgning efter Higgs boson -interaktioner med den letteste ladede lepton

Følger Higgs boson alle de regler, der er fastsat af standardmodellen? Siden opdagelsen af ​​partiklen i 2012, ATLAS og CMS Collaborations har arbejdet hårdt på at studere Higgs bosons adfærd. Eventuelle uventede observationer kan være et tegn på ny fysik ud over standardmodellen.

I standardmodellen, styrken af ​​interaktionerne mellem Higgs boson og stofpartikler (kvarker og leptoner) er proportional med partikelens masse. I tilfælde af ladede leptoner, styrken af ​​interaktionen med Higgs boson forventes at være størst med tau, den tungest ladede lepton, og mindste med elektronen, den letteste ladede lepton.

Forfaldet af Higgs -bosonen til et par elektroner er tilladt af standardmodellen, men er så usædvanligt sjælden, at det ikke forventes at blive observeret af ATLAS -eksperimentet på CERN. For kontekst, Higgs boson er omkring 40, 000 gange mindre tilbøjelige til at henfalde til elektroner, som det er i muoner, for hvilke ATLAS først for nylig præsenterede opdaterede foreløbige søgeresultater. Var ATLAS i stand til at observere Higgs -bosonen forfalden til et elektronpar, en ny fysikproces skulle være ansvarlig.

Standardmodellen forudsiger også, at når Higgs -bosonen interagerer med en ladet lepton, leptonen ændrer ikke sin type (eller smag). Dermed, Higgs -bosonen skulle henfalde til et par elektroner, muons eller taus - men ikke, for eksempel, ind i både en elektron og en muon, eller en tau og en muon. Sådanne henfald er kendt som "leptonsmag-krænkende henfald" og forekommer i mange ny-fysiske teorier.

ATLAS -fysikere har allerede ledt efter to sådanne henfald, hvor Higgs -bosonen henfalder til en tau og enten en elektron eller en muon (H → eτ eller H → µτ). Søgningen anvendte maskinindlæringsteknikker og fandt ingen signifikant overskridelse over den forventede baggrund. Resultatet placerede øvre grænser for forgreningsforholdene H → eτ og H → µτ på 0,47 procent og 0,28 procent, henholdsvis, på 95 procent konfidensniveau.

Denne uge, på Lepton-Photon Symposium i Toronto, Canada, ATLAS Collaboration præsenterede nye søgninger efter yderligere to Higgs boson henfald:i et elektronpar (H → ee), og ind i den smagsforbrydende kombination af en elektron og en muon (H → eµ).

Den nye H → ee -søgning er den første for ATLAS -samarbejdet. Denne særlige kanal er især vanskelig at studere, da størstedelen af ​​elektronpar-begivenheder forventes stammer fra Z boson henfald (Z → ee). Higgs bosons forfald ville blive set som et "bump" i elektronparets invariante masse, oven på den store Z → ee -baggrund. Fysikere fandt ikke et sådant overskud i dataene og kunne fastsætte en øvre grænse for forgreningsforholdet H → ee på 0,036 procent ved konfidensniveauet på 95 procent.

Søgningen efter H → eµ blev udført på en lignende måde, selvom de forventede baggrundsprocesser er mindre og stammer fra en række processer. Som i tilfælde af søgningen efter H → ee, der blev ikke observeret et signifikant overskud af hændelser, og en øvre grænse på 0,006 procent blev sat på H → eµ forgreningsforholdet ved 95 procent konfidensniveau.

Med disse nye analyser afsluttet, ATLAS Collaboration har nu ledt efter alle mulige Higgs boson henfald til to ladede leptoner. Imidlertid, arbejdet er endnu ikke færdigt, og ATLAS vil fortsat grundigt undersøge vekselvirkningen mellem ladede leptoner og Higgs boson.