Figura 1:Secciones transversales medidas de los principales modos de producción del bosón de Higgs en el LHC, a saber, fusión gluón-gluón (ggF), fusión de bosones débiles (VBF), producción asociada con un bosón vector débil W o Z (WH y ZH), y producción asociada con quarks top (ttH y tH), normalizado a las predicciones del modelo estándar. La incertidumbre de cada medición (indicada por la barra de error) se divide en partes estadísticas (cuadro amarillo) y sistemáticas (cuadro azul). También se muestra la incertidumbre de la teoría (cuadro gris) en la predicción del modelo estándar (línea roja vertical en la unidad). Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
El bosón de Higgs, descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en 2012, tiene un papel singular en el modelo estándar de física de partículas. Lo más notable es la afinidad del bosón de Higgs por la masa, que se puede comparar con la carga eléctrica de un campo eléctrico:cuanto mayor es la masa de una partícula fundamental, cuanto mayor sea la fuerza de su interacción, o "acoplamiento, "con el bosón de Higgs. Las desviaciones de estas predicciones podrían ser un sello distintivo de la nueva física en esta parte aún poco explorada del Modelo Estándar.
Los acoplamientos del bosón de Higgs se manifiestan en la tasa de producción del bosón de Higgs en el LHC, y sus proporciones de ramificación de desintegración en varios estados finales. Estas tasas han sido medidas con precisión por el experimento ATLAS en el CERN, usando hasta 80 fb –1 de datos recopilados a una energía de colisión protón-protón de 13 TeV de 2015 a 2017. Las mediciones se realizaron en todos los principales canales de desintegración del bosón de Higgs:a pares de fotones, Bosones W y Z, quarks de fondo, taus, y muones. Se midió que la tasa de producción general del bosón de Higgs estaba de acuerdo con las predicciones del Modelo Estándar, con una incertidumbre del 8%. La incertidumbre se reduce del 11% en las mediciones combinadas anteriores publicadas el año pasado.
Las mediciones se desglosan en modos de producción (asumiendo relaciones de ramificación de desintegración del modelo estándar), como se muestra en la Figura 1. Los cuatro modos de producción principales ahora se han observado en ATLAS con una significancia de más de 5 desviaciones estándar:el modo de fusión gluón-gluón establecido desde hace mucho tiempo, la producción asociada observada recientemente con el par top-quark, y el último modo de fusión de bosones débiles restantes, presentado hoy por ATLAS. Junto con la observación de la producción en asociación con un bosón débil y de la desintegración H → bb en una medición separada , Estos resultados pintan una imagen completa de la producción y la descomposición del bosón de Higgs.
Figura 2:Relaciones de fuerzas de acoplamiento para cada partícula. Al tomar proporciones, Los supuestos del modelo (como el ancho total del bosón de Higgs) pueden reducirse significativamente. Entre todas las interesantes pruebas realizadas, el que compara la fusión gluón-gluón y la producción del bosón de Higgs en asociación con los quarks top está representado por λtg en la gráfica. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Los físicos pueden utilizar estos nuevos resultados para estudiar los acoplamientos del bosón de Higgs con otras partículas fundamentales. Estos acoplamientos están en excelente acuerdo con la predicción del modelo estándar en un rango que cubre 3 órdenes de magnitud en masa, desde el quark top (la partícula más pesada en el modelo estándar y, por lo tanto, con la interacción más fuerte con el bosón de Higgs) hasta los muones mucho más ligeros (para los cuales solo se ha obtenido un límite superior de acoplamiento con el bosón de Higgs hasta ahora).
Las mediciones también sondean el acoplamiento del bosón de Higgs a los gluones en el proceso de producción de fusión gluón-gluón. que avanza a través de un diagrama de bucle y, por lo tanto, es particularmente sensible a la nueva física. En el modelo estándar, el bucle está mediado principalmente por quarks top. Por lo tanto, Se pueden probar posibles nuevas contribuciones de la física comparando el acoplamiento de gluones con la medición directa del acoplamiento de los quarks superiores en la producción del bosón de Higgs en asociación con los quarks superiores, como se muestra en la Figura 2.
El excelente acuerdo con el Modelo Estándar, que se observa en todo, se puede utilizar para establecer límites estrictos en nuevos modelos físicos. Estos se basan en posibles modificaciones a los acoplamientos de Higgs y complementan las búsquedas directas realizadas en el LHC.
