ATLAS finder bevis på et sjældent Higgs-boson-henfald

Siden opdagelsen af ​​Higgs-bosonen i 2012, forskere i ATLAS og CMS -samarbejderne ved Large Hadron Collider (LHC) har arbejdet hårdt på at karakterisere dets egenskaber og jagte de forskellige måder, hvorpå denne flygtige partikel kan forfalde. Fra det rigelige, men eksperimentelt udfordrende forfald til b-kvarker, til det udsøgt sjældne, men lavbaggrundsnedbrydning til fire leptoner, hver tilbyder en anden mulighed for at studere egenskaberne af denne nye partikel. Nu, ATLAS har fundet første bevis på, at Higgs-bosonen henfalder til to leptoner (enten en elektron eller et myonpar med modsat ladning) og en foton. Kendt som "Dalitz forfald, "Dette er et af de sjældneste Higgs-bosonhenfald, der endnu er set ved LHC.

Til denne analyse, ATLAS -fysikere målrettede et Higgs bosonforfald medieret af en virtuel foton. I modsætning til den velkendte stald, masseløs foton, denne virtuelle partikel har typisk en meget lille (men ikke-nul) masse og henfalder øjeblikkeligt til to leptoner.

ATLAS -fysikere søgte i hele LHC Run 2 -datasættet for kollisionshændelser med en foton samt to leptoner, hvis samlede masse var mindre end 30 GeV. I denne region, henfald med virtuelle fotoner bør dominere over andre processer, der giver samme sluttilstand. ATLAS målte en Higgs boson signalhastighed i denne henfaldskanal, der er 1,5 ± 0,5 gange forventningen fra standardmodellen. Chancen for, at det observerede signal blev forårsaget af en udsving i baggrunden er 3,2 sigma - mindre end 1 ud af 1000.

Med store mængder data, der forventes fra det kommende High-Luminosity LHC-program, at studere sjældne Higgs boson henfald vil blive den nye norm. Dette vil gøre det muligt for fysikere at gå videre fra at rapportere beviser for deres eksistens, at bekræfte deres observation og udføre detaljerede undersøgelser af Higgs bosonegenskaber - hvilket fører til stadig mere stringente test af standardmodellen.

Iagttagelse af Higgs bosonforfald til en foton og et leptonpar vil gøre det muligt for fysikere at studere ladningsparitet (CP) symmetri. CP-symmetri er en måde at sige, at spejlbilledet af interagerende partikler, hvor partikler er erstattet af deres antipartikler, skal se nøjagtigt ud som den oprindelige interaktion. Dette var en naturlig antagelse indtil 1964, da fysikere, der studerede kaon-partikler, bemærkede – til deres store overraskelse – at det ikke er tilfældet i partikelfysikverdenen. Siden da, fysikere har erfaret, at krænkelse af CP-symmetri er en signatur på den elektrosvage interaktion og har inkorporeret det i standardmodellen.

Men med Higgs-bosonen, der henfalder til tre partikler, hvoraf to er sigtet, fysikere vil være i stand til at undersøge, om henfald har en foretrukken retning - hvilket giver forskere mulighed for at forbedre deres forståelse af oprindelsen af ​​CP-symmetriovertrædelse og måske endda føre til hints til ny fysik ud over standardmodellen.