ATLAS -eksperimentet søger efter charmerende forfald af Higgs -bosonen

Nøglen til at forstå Higgs -bosonen og dens rolle i standardmodellen er at forstå, hvordan den interagerer med stofpartikler, dvs. kvarker og leptoner. Der er tre generationer af stofpartikler, varierende i masse fra den letteste (første generation) til den tungeste (tredje generation). Selvom hints om anden generations lepton-interaktioner er begyndt at dukke op, fysikere har kun eksperimentelt bekræftet, at masserne af de tungeste kvarker stammer fra deres interaktioner med Higgs -feltet. Indtil nu, Der er endnu ikke observeret lettere kvarker, der interagerer med Higgs -bosonen.

Denne uge, fysikere ved ATLAS -eksperimentet på CERN frigav en ny direkte søgning efter forfaldet af Higgs -bosonen for at charme kvarker. At observere dette forfald ville give fysikere ny indsigt i Higgs -bosonens forhold til anden generation af stofpartikler. Yderligere, måling af styrken (eller "koblingen") af Higgs bosonens interaktion med charmekvarken kunne give fysikere indsigt i nye fysikprocesser.

Men at få øje på dette forfald har vist sig ganske udfordrende. Det tegner sig kun for 3% af standardmodellen Higgs boson henfalder og, vigtigere, dens søgning er stærkt domineret af baggrundsprocesser. For deres nye resultat, ATLAS -forskere begyndte med at identificere kollisionshændelser med stråler af partikler, der stammer fra hadronisering af charmekvarker. De brugte en ny multivariat klassificeringsmetode, som ville mærke hadroner med særlige egenskaber, især deres henfaldslængde fra LHC -kollisionspunktet. Derefter, for at maksimere deres resultatfølsomhed over for signalet, forskere kategoriserede disse begivenheder efter dem, der indeholdt et eller to charm-quark-tags.

For yderligere at undertrykke baggrunde fra andre fysikprocesser, ATLAS fysikere målrettede deres søgning mod Higgs bosoner produceret sammen med en vektor boson (VH (cc)), hvor vektoren boson (W eller Z) henfalder til 0, 1, eller 2 elektroner eller muoner. Di-charm invariant-massefordelingen, efter subtraktion af baggrunde, er vist i figur 2.

Forskere validerede denne analysestrategi ved også at studere begivenheder med to vektor bosoner, der indeholder forfaldet af en W boson til en charmekvark (VW (cq) eller forfaldet af en Z boson til to charme kvarker (VZ (cc)). (cq) proces blev målt med en signalbetydning på 3,8 sigma, og VZ (cc) -processen med signalbetydning på 2,6 sigma. Begge målinger, ved hjælp af charme tagging, er enige med præcisionsmålinger ved tidligere forsøg.

Fysikere fandt ingen signifikante tegn på forfaldet af Higgs -bosonen for at charme kvarker; resultatet blev brugt til at sætte en grænse for hastigheden af ​​VH (cc) -processen (ved 95% konfidensniveau) til at være 26 gange den sats, der forudsiges i standardmodellen. Denne grænse tillod også ATLAS -fysikere at - for første gang - give en meningsfuld fortolkning af Higgs -charm -koblingen.

ATLAS 'nye direkte søgning efter Higgs-boson henfalder til at charme kvarker begrænser den absolutte værdi af den modificerede kobling (ved 95% konfidensniveau) til at være, højst, en faktor 8,5 fra værdien forudsagt i standardmodellen. Efter at have observeret koblingen af ​​Higgs boson til de tungeste kvarker, ATLAS -fysikere udvider nu deres udforskning af koblingen af ​​Higgs -bosonen til de lettere kvarker.