Les nouvelles analyses d’ATLAS et de CMS imposent des limites strictes à la force de l’interaction du boson de Higgs avec le quark charmant.
Depuis la découverte du boson de Higgs il y a dix ans, les collaborations ATLAS et CMS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) ont travaillé d’arrache-pied pour tenter de percer les secrets de cette particule particulière. Elles ont notamment étudié en détail la manière dont le boson de Higgs interagit avec les particules fondamentales telles que celles qui composent la matière, c’est-à-dire les quarks et les leptons. Dans le modèle standard de la physique des particules, ces particules de matière se répartissent en trois catégories, ou “générations”, de masse croissante, et le boson de Higgs interagit avec elles avec une force proportionnelle à leur masse. Tout écart par rapport à ce comportement serait une indication claire de l’existence de nouveaux phénomènes.
ATLAS et CMS ont déjà observé les interactions du boson de Higgs avec les quarks et les leptons les plus lourds, c’est-à-dire ceux de la troisième génération, qui sont en accord avec les prédictions du modèle standard dans le cadre de la précision actuelle des mesures. Ils ont également obtenu les premières indications que le boson de Higgs interagit avec un muon, un lepton de la deuxième génération. Cependant, ils n’ont pas encore observé son interaction avec des quarks de deuxième génération. Dans deux publications récentes, ATLAS et CMS rapportent des analyses qui imposent des limites strictes à la force de l’interaction du boson de Higgs avec un quark charmant, un quark de deuxième génération.
Événements candidats pour un boson de Higgs produit en association avec un boson Z, tels qu’enregistrés par ATLAS (à gauche) et CMS (à droite). Le boson de Higgs se désintègre en une paire de jets (cônes) provenant de quarks charmés, et le boson Z se désintègre en muons (lignes rouges à gauche) ou en électrons (lignes vertes à droite). Crédit : CERN
ATLAS et CMS étudient les interactions du boson de Higgs en examinant comment il se transforme, ou ” se désintègre “, en particules plus légères ou comment il est produit avec d’autres particules. Dans leurs dernières études, utilisant les données du deuxième passage du LHC, les deux équipes ont cherché la désintégration du boson de Higgs en un quark charmé et sa contrepartie antimatière, l’antiquark charmé.
Dans le modèle standard, cette désintégration est relativement rare, ne se produisant que 3 % du temps. De plus, cette désintégration est extrêmement difficile à repérer car les deux jets de particules qu’elle génère peuvent également être produits par d’autres processus à des taux bien plus élevés. Pour identifier plus facilement cette désintégration, ATLAS et CMS ont ciblé leurs recherches sur les bosons de Higgs produits en même temps qu’un boson de Higgs. W ou un Z Ils ont également utilisé des techniques sophistiquées d’apprentissage automatique pour identifier les jets provenant de quarks charmés. CMS a également recherché des bosons de Higgs à haut momentum, ou “boostés”, qui font que deux jets de charme s’effondrent en un jet large.
Les équipes n’ont pas trouvé d’indication significative de la désintégration du boson de Higgs en quarks charmés dans les données, mais leurs analyses ont fixé des limites sur le taux auquel cette désintégration devrait se produire lorsque le boson de Higgs est produit avec un boson W et Z. Ces limites correspondent aux limites supérieures de l’estimation de la vitesse de la désintégration. Ces limites correspondent à des limites supérieures sur la force d’interaction du boson de Higgs avec un quark charmé, de 8,5 et 5,5 fois la prédiction du modèle standard dans le cas d’ATLAS et de CMS, respectivement.
L’équipe d’ATLAS a poursuivi en combinant son analyse avec une étude de l’impact du modèle standard. mesure de la désintégration du boson de Higgs en quarks de beauté, démontrant que le boson de Higgs interagit plus faiblement avec le quark de charme qu’avec le quark de beauté. En d’autres termes, ils ont découvert que le boson de Higgs interagit différemment avec les quarks de deuxième et troisième générations, comme le prédit le modèle standard.
Il est intéressant de noter que l’étude CMS a permis aux chercheurs CMS d’observer pour la première fois dans un collisionneur de hadrons la désintégration du boson Z en quarks charmés, une observation bonus qui résulte d’une étape de validation dans leur recherche de la désintégration du boson de Higgs en quarks charmés.
