Kandidat HH → ɣɣbb begivenhed i ATLAS-data taget i 2017. Spor med ladede partikler er vist med grønt, de to fotoner er vist som cyan tårne og de to b-jets er vist som røde kegler. Kredit:CERN
Siden Higgs-bosonen blev opdaget i 2012, forskere ved Large Hadron Collider (LHC) har studeret egenskaberne af denne meget specielle partikel og dens relation til den fundamentale mekanisme, der er afgørende for dannelsen af masse af elementarpartikler. En egenskab, der mangler at blive eksperimentelt verificeret, er om Higgs-bosonen er i stand til at koble sig til sig selv, kendt som selvkobling. En sådan interaktion ville bidrage til produktionen af et par Higgs-bosoner i LHC's højenergi-proton-proton-kollisioner, en utrolig sjælden proces i standardmodellen - mere end 1000 gange sjældnere end produktionen af en enkelt Higgs-boson! At måle en Higgs boson-selvkobling, der er forskellig fra den forudsagte værdi, ville have vigtige konsekvenser; universet kan muligvis gå over i en lavere energitilstand, og lovene, der styrer stoffets interaktioner, kan antage en meget anden form.
Ved den igangværende Rencontres de Moriond-konference, ATLAS-samarbejdet præsenterede resultatet af en undersøgelse, der udforsker dette spørgsmål yderligere. ATLAS-fysikere ledte efter de to nært beslægtede Higgs-par produktionsprocesser, der kunne være til stede i LHC-kollisioner, selvom kun én af disse er relateret til Higgs boson-selvkoblingen og bidrager positivt til produktionen af Higgs-par, når deres samlede masse er lav. Disse to processer forstyrrer kvantemekanismen mekanisk og undertrykker produktionen af Higgs bosonpar i standardmodellen. Hvis et nyt fysikfænomen er på spil, det kunne ændre Higgs boson-selvkoblingen, og ATLAS kan se flere par af Higgs-bosoner end forventet - eller i partikelfysisk sprogbrug, måle et højere tværsnit.
Til deres nye undersøgelse, ATLAS-fysikere har udviklet nye analyseteknikker til at søge efter den sjældne proces, hvor en af de to Higgs-bosoner henfalder til to fotoner og den anden henfalder til to bundkvarker (HH → ɣɣbb). Først, de opdelte proton-proton-kollisionshændelser i lav- og højmasseregioner, for at optimere følsomheden over for Higgs boson-selvkoblingen. Derefter, ved hjælp af en maskinlæringsalgoritme, de adskilte hændelser, der ligner HH → ɣɣbb -processen, fra dem, der ikke gør det. Endelig, de bestemte tværsnittet for Higgs-parproduktion og observerede, hvordan det varierer som funktion af forholdet mellem Higgs boson-selvkoblingen og dens standardmodelværdi. Dette gjorde det muligt for ATLAS at begrænse Higgs boson-selvkoblingen, mellem –1,5 og 6,7 gange standardmodellens forudsigelse, og også Higgs-par produktionstværsnittet. Resultatet på Higgs boson-selvkoblingen er mere end dobbelt så kraftigt som det tidligere ATLAS-resultat i den samme Higgs-par henfaldskanal.
Selvom dette resultat sætter verdens bedste begrænsninger for størrelsen af Higgs boson-selvkoblingen, arbejdet er lige begyndt. Dette er en forsmag på, hvad der kommer, så meget mere data ville være nødvendig for at observere Higgs boson-selvkoblingen, hvis den var tæt på dens standardmodelforudsigelse. At observere Higgs boson-selvkoblingen er i sandhed en af raisons d'être i High-Luminosity LHC (HL-LHC) programmet, en opgradering til LHC, der er planlagt til at starte i slutningen af 2020'erne. HL-LHC forventes at levere et datasæt, der er mere end 20 gange større end det, der blev brugt i denne analyse, og at operere ved højere kollisionsenergi. Hvis produktionen af Higgs-par er som forudsagt af standardmodellen, det bør observeres i dette enorme datasæt, og der vil blive lavet en mere kvantitativ erklæring om styrken af Higgs bosonkoblingen til sig selv.
Sidste artikelForskere udvikler ultratynd terahertz-kilde
Næste artikelEt nyt spin på energieffektiv elektronik