Una pantalla de evento candidato para la producción de un bosón de Higgs que se descompone en dos quarks b (conos azules), en asociación con un bosón W que se descompone en un muón (rojo) y un neutrino. El neutrino deja el detector sin ser visto, y se reconstruye a través de la energía transversal faltante (línea discontinua). Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Seis años después de su descubrimiento, Por fin se ha observado que el bosón de Higgs se descompone en partículas fundamentales conocidas como quarks inferiores. El hallazgo, presentado hoy en el CERN por las colaboraciones de ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), es consistente con la hipótesis de que el campo cuántico omnipresente detrás del bosón de Higgs también da masa al quark inferior. Ambos equipos han enviado sus resultados para su publicación hoy.
El modelo estándar de física de partículas predice que aproximadamente el 60% de las veces un bosón de Higgs se descompondrá en un par de quarks inferiores, el segundo más pesado de los seis sabores de quarks. Probar esta predicción es crucial porque el resultado prestaría apoyo al Modelo Estándar, que se basa en la idea de que el campo de Higgs dota de masa a los quarks y otras partículas fundamentales, o movería sus cimientos y apuntaría a una nueva física.
Detectar este canal común de desintegración del bosón de Higgs no es nada fácil, como ha demostrado el período de seis años desde el descubrimiento del bosón. La razón de la dificultad es que hay muchas otras formas de producir quarks inferiores en colisiones protón-protón. Esto hace que sea difícil aislar la señal de desintegración del bosón de Higgs del "ruido" de fondo asociado con tales procesos. Por el contrario, los canales de desintegración del bosón de Higgs menos comunes que se observaron en el momento del descubrimiento de la partícula, como la desintegración a un par de fotones, son mucho más fáciles de extraer del fondo.
Para extraer la señal, las colaboraciones de ATLAS y CMS combinaron datos de la primera y segunda ejecución del LHC, que involucró colisiones a energías de 7, 8 y 13 TeV. Luego aplicaron métodos de análisis complejos a los datos. El resultado, para ATLAS y CMS, fue la detección de la desintegración del bosón de Higgs a un par de quarks inferiores con una significación que supera las 5 desviaciones estándar. Es más, ambos equipos midieron una tasa de deterioro que es consistente con la predicción del Modelo Estándar, dentro de la precisión actual de la medición.
Presentación de eventos candidatos para la producción de un bosón de Higgs que se descompone en dos quarks b. Una etiqueta b de 2, 2 chorros, Se muestra el evento de 2 electrones dentro de la porción similar a una señal de la distribución de salida de pTV alta y BDTVH alta (Ejecutar 337215, Evento 1906922941). Los electrones se muestran como pistas azules con un gran depósito de energía en el calorímetro electromagnético, correspondiente a las barras de color verde claro. Dos de ellos forman una masa invariante de 93,6 GeV, compatible con un bosón Z. Los dos chorros centrales marcados con pT b alto están representados por conos de color azul claro. Contienen las barras verde y amarilla correspondientes a la deposición de energía en los calorímetros electromagnéticos y hadrónicos respectivamente, y tienen una masa invariante de 128,1 GeV. El valor de pTV es 246,7 GeV, y el valor de salida de BDTVH es 0,47. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
"Esta observación es un hito en la exploración del bosón de Higgs. Demuestra que los experimentos de ATLAS y CMS han logrado una comprensión profunda de sus datos y un control de los antecedentes que supera las expectativas. ATLAS ahora ha observado todos los acoplamientos del bosón de Higgs al quarks pesados y leptones de la tercera generación, así como todos los modos de producción principales, "dijo Karl Jakobs, portavoz de la colaboración ATLAS.
"Desde la primera observación de un solo experimento de la desintegración del bosón de Higgs en leptones tau hace un año, CMS, junto con nuestros compañeros de ATLAS, ha observado el acoplamiento del bosón de Higgs a los fermiones más pesados:el tau, el quark top, y ahora el quark bottom. El excelente rendimiento del LHC y las modernas técnicas de aprendizaje automático nos permitieron lograr este resultado antes de lo esperado. "dijo Joel Butler, portavoz de la colaboración CMS.
Con más datos, las colaboraciones mejorarán la precisión de estas y otras mediciones y sondearán la desintegración del bosón de Higgs en un par de fermiones mucho menos masivos llamados muones, siempre atento a las desviaciones en los datos que podrían apuntar a la física más allá del Modelo Estándar.
Presentación de eventos candidatos para la producción de un bosón de Higgs que se descompone en dos quarks b. Una etiqueta de 2, 2 chorros, Evento 0-lepton dentro de la parte similar a una señal de la salida de pTV alta y BDTVH alta (Ejecutar 339500, Se muestra el evento 694513952). El ETMiss, se muestra como una línea discontinua blanca, tiene una magnitud de 479,1 GeV. Los dos chorros centrales marcados con pT b alto están representados por conos de color azul claro. Contienen las barras verde y amarilla correspondientes a la deposición de energía en los calorímetros electromagnéticos y hadrónicos, respectivamente. La masa invariante de dijet de 128,1 GeV. El valor de salida de BDTVH es 0,74. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
"Los experimentos continúan enfocándose en la partícula de Higgs, que a menudo se considera un portal a la nueva física. Estos hermosos y tempranos logros también subrayan nuestros planes para actualizar el LHC para aumentar sustancialmente las estadísticas. Ahora se ha demostrado que los métodos de análisis alcanzan la precisión necesaria para la exploración del panorama completo de la física, incluyendo, con suerte, nueva física que hasta ahora se oculta tan sutilmente, ", dijo el Director de Investigación e Informática del CERN, Eckhard Elsen.
