Основной целью программы ATLAS по физике Хиггса является измерение с возрастающей точностью силы взаимодействия бозона Хиггса с элементарными фермионами и бозонами.
Согласно теории нарушения электрослабой симметрии, эти взаимодействия ответственны за генерацию масс частиц. Силы взаимодействия могут быть определены путем точного измерения рождения бозона Хиггса через и распада на соответствующие частицы.
На недавней Международной конференции по физике высоких энергий ( ICHEP ) 2024 года коллаборация ATLAS представила улучшенные измерения силы взаимодействия бозона Хиггса с тремя самыми тяжелыми кварками: верхним, нижним и очарованным.
Новые результаты основаны на повторном анализе данных LHC Run 2, полученных в 2015–2018 годах, с использованием значительно усовершенствованных методов анализа, включая улучшенную маркировку струй.
Но что такое струи и почему их нужно маркировать? Когда бозон Хиггса распадается на пару кварков, каждый кварк фрагментируется, создавая коллимированный спрей частиц (в основном адронов), который можно наблюдать в детекторе. Цель маркировки струй — определить, какой тип (или «аромат») кварка создал данную струю, путем детального анализа свойств струи.
С новыми специальными методами струйной (или «ароматической») маркировки для очарованных и b-кварков исследователям ATLAS удалось значительно повысить чувствительность своих анализов. Вместе с другими улучшениями анализа они повысили чувствительность к распадам H→bb и H→cc на 15% и в три раза соответственно.
Обновленные измерения рождения бозона Хиггса в ассоциации с W- или Z-бозоном и распадами на пару b-кварков или очарованных кварков дали первое наблюдение процесса WH, H→bb со значимостью 5,3σ и измерение ZH, H→bb со значимостью 4,9σ. Распад бозона Хиггса на c-кварки подавлен массовым фактором 20 относительно распада на b-кварки и, таким образом, все еще слишком редок, чтобы его можно было наблюдать.
ATLAS устанавливает верхний предел скорости процесса VH, H→cc в 11,3 раза больше предсказания Стандартной модели. Эти результаты являются наиболее точными зондами этих процессов на сегодняшний день, и они совместимы со Стандартной моделью.
Новое измерение взаимодействия бозона Хиггса с верхним кварком было сосредоточено на образовании бозона Хиггса в ассоциации с двумя верхними кварками и его последующем распаде на пару нижних кварков. Этот сложный процесс характеризуется очень сложным конечным состоянием и страдает от больших фонов.
Новый анализ, основанный на уточненном понимании доминирующих фоновых процессов с участием верхних кварков, повысил чувствительность в два раза и измерил силу сигнала для образования ttH, H→bb, составившую 0,81 ± 0,21 относительно прогноза Стандартной модели.
Дальнейшие усовершенствованные методы анализа и новые данные из текущего Run 3 обещают измерение этих взаимодействий с еще большей точностью. Эти достижения в поиске H→cc усиливают ожидания для LHC высокой светимости (HL-LHC), где обнаружение этого процесса входит в область осуществимости.
