Previamente, Se ha observado que el bosón de Higgs se descompone en fotones, tau-leptones, y bosones W y Z. Sin embargo, Estos impresionantes logros representan solo el 30 por ciento de las desintegraciones del bosón de Higgs. Se predijo que la desintegración favorita del bosón de Higgs a un par de quarks b (H → bb) ocurrirá alrededor del 58 por ciento de las veces, impulsando así la corta vida útil del bosón de Higgs, y así permaneció esquivo. Observar esta desintegración llenaría una de las grandes piezas faltantes de nuestro conocimiento del sector de Higgs y confirmaría que el mecanismo de Higgs es responsable de las masas de quarks; Adicionalmente, también podría proporcionar indicios de nueva física más allá de nuestras teorías actuales. Considerándolo todo, es una pieza vital que falta en el rompecabezas del bosón de Higgs.

Pero después de más de 1 millón de H → bb decae solo en el Experimento ATLAS, ¿Por qué los investigadores aún no lo han visto? Esto parece especialmente extraño considerando que se han observado desintegraciones del bosón de Higgs menos frecuentes.

La respuesta radica en la abundancia de b-quarks creados en el detector ATLAS debido a fuertes interacciones. Creamos pares de quarks b 10 millones de veces más frecuentemente de lo que creamos una desintegración H → bb, lo que hace que seleccionarlos en un contexto tan amplio sea una tarea extremadamente desafiante. Por lo tanto, buscamos desintegraciones de H → bb cuando se producen en asociación con otra partícula; en este caso, un bosón vectorial (W o Z). Las desintegraciones más distintivas de los bosones vectoriales proporcionan una forma de reducir el fondo grande. Esto conduce a una tasa de producción mucho más baja:esperamos haber creado solo 30, 000 H → bb decae de esta manera, pero brinda la oportunidad de detectar esta elusiva decadencia.

Sin embargo, incluso en esta condición, los procesos de fondo que imitan la señal H → bb siguen siendo grandes, complejo y difícil de modelar. Los colaboradores de ATLAS hicieron un gran esfuerzo para aislar la pequeña señal H → bb del fondo grande. Después de seleccionar las colisiones de interés, se quedaron con el número esperado de alrededor de 300 eventos H → bb en comparación con 70, 000 eventos de fondo. Por último, esperaban ver un exceso de eventos de colisión sobre nuestra predicción de fondo (un golpe) que aparece en la masa del bosón de Higgs.

Después de analizar todos los datos recopilados por ATLAS en 2015 y 2016, los investigadores finalmente lograron el nivel de precisión para confirmar la evidencia de H → bb con una significancia observada de 3.6 σ cuando se combinan los conjuntos de datos Run 1 y Run 2. Como se muestra en la figura, se observa un bache que es muy consistente con las expectativas, confirmando muchos aspectos clave del comportamiento de los bosones de Higgs. Junto a la protuberancia hay una desintegración de un bosón Z (masa de 91 GeV) a un par b-quark, producido de manera similar al bosón de Higgs, pero más abundantemente. Sirve como una poderosa validación del análisis.

Detectar H → bb es solo el comienzo. Los estudios de esta nueva decadencia abrirán una ventana completamente nueva hacia el Higgs, y también puede proporcionar indicios de nueva física más allá de nuestras teorías actuales. Estén atentos a este canal.