Figuras 1 y 2:Medición de las secciones transversales de producción del bosón de Higgs en sus principales modos de producción y normalizadas a las predicciones del Modelo Estándar, obtenido por los canales de desintegración H → ZZ * → 4ℓ y H → γγ respectivamente. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Desde que se reanudó la operación para la Ejecución 2, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha estado produciendo alrededor de 20, 000 bosones de Higgs por día en sus colisiones protón-protón de 13 TeV. A finales de 2015, los datos recopilados por las colaboraciones ATLAS y CMS ya eran suficientes para nuevas observaciones del bosón de Higgs en la nueva energía de colisión. Ahora, habiendo grabado más de 36, 000 billones de colisiones entre 2015 y 2016, el experimento ATLAS puede realizar mediciones cada vez más precisas de las propiedades del bosón de Higgs.
Medir cómo se produce el bosón de Higgs y cómo se desintegra es uno de los principales objetivos de los experimentos del LHC. Una mayor precisión en estas mediciones permite a los investigadores refinar la comprensión del sector de Higgs del Modelo Estándar, y también restringir nuevos fenómenos más allá del Modelo Estándar que modificarían el acoplamiento del Higgs con las otras partículas del Modelo Estándar. Al estudiar el bosón de Higgs se desintegra en pares de fotones (H → γγ) y en cuatro leptones a través de bosones Z intermedios (H → ZZ * → 4ℓ, donde el '*' indica que un bosón Z se produce a partir de su capa de masa), el experimento ATLAS puede medir las propiedades de acoplamiento del bosón de Higgs con una precisión sin precedentes.
En el LHC, el bosón de Higgs se produce a través de procesos con velocidades muy diferentes:fusión de gluones, fusión vector-bosón, WH, Z H, y ttH. Para probar estos modos de producción, ATLAS ha introducido un conjunto de criterios para categorizar los eventos de Higgs con los estados finales H → γγ y H → ZZ * → 4ℓ. Los resultados de este estudio se muestran en las figuras 1 y 2, donde la sección transversal medida, normalizado al valor predicho por el modelo estándar, se muestra.
Figura 3:Momento transversal del bosón de Higgs medido en la desintegración de Hyy, y en comparación con las predicciones del modelo estándar. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Con el LHC produciendo un número cada vez mayor de bosones de Higgs, ATLAS ha podido comenzar a medir la sección transversal de cada modo de producción en diferentes espacios de fase, establecer una prueba de esfuerzo adicional para el Modelo Estándar. Estos resultados se utilizan para limitar las posibles modificaciones de los acoplamientos del bosón de Higgs de los predichos por el modelo estándar. Aún no se ha observado ninguna desviación significativa de la predicción.
El canal de desintegración H → γγ también se utiliza para medir varias secciones transversales diferenciales para observables sensibles a la producción y desintegración del bosón de Higgs, donde se encontró una buena concordancia entre los datos y las predicciones del Modelo Estándar. Ya se han realizado mediciones similares con desintegraciones H → ZZ * → 4ℓ.
La combinación de estas medidas separadas permitió a ATLAS acercar la sensibilidad experimental a la precisión de las predicciones del Modelo Estándar. La sección transversal de producción total del bosón de Higgs se mide en 57,0 +6,0 −5,9 +3,2 −2,7 pb donde la primera incertidumbre es estadística y la segunda de origen sistemático. El resultado es coherente con la predicción del modelo estándar de 55,6 +2,4 −3,4 pb.
ATLAS continuará estudiando las propiedades del bosón de Higgs durante el resto de la Ejecución 2, aislando sus raros modos de producción y midiendo sus propiedades más esquivas. Descubrir estos secretos consolidará aún más el Modelo Estándar, o proporcionar información sobre lo que hay más allá.
