¿Podría sorprendernos aún el bosón de Higgs? Desde su descubrimiento en 2012, las colaboraciones de ATLAS y CMS en el CERN han estado estudiando activamente las propiedades de esta última y más misteriosa adición al Modelo Estándar de física de partículas.

En el modelo estándar, el mecanismo de Brout-Englert-Higgs predice que el bosón de Higgs interactuará con las partículas de materia (quarks y leptones, conocidos como fermiones) con una fuerza proporcional a la masa de la partícula. También predice que el bosón de Higgs interactuará con las partículas portadoras de fuerza (bosones W y Z) con una fuerza proporcional al cuadrado de la masa de la partícula. Por lo tanto, midiendo el decaimiento del bosón de Higgs y las tasas de producción, que dependen de la fuerza de interacción con estas otras partículas, Los físicos de ATLAS pueden realizar una prueba fundamental del Modelo Estándar.

La semana pasada, en el Conferencia de la Sociedad Europea de Física sobre Física de Altas Energías (EPS-HEP) en Gante, Bélgica, la colaboración ATLAS liberado un nuevo resultado preliminar que busca el bosón de Higgs se desintegra en un par de muones y antimuones (H → μμ). El nuevo, un resultado más sensible utiliza el conjunto de datos completo de Run 2, analizar casi el doble de eventos del bosón de Higgs que el resultado anterior de ATLAS (publicado en 2018, para la conferencia ICHEP).

Tanto la Colaboración ATLAS como la CMS ya han observado que el bosón de Higgs se descompone en leptón tau, el primo más pesado del muón, perteneciente a la tercera "generación" de fermiones. Dado que los muones son mucho más ligeros que los leptones tau, Se espera que la desintegración del bosón de Higgs a un par de muones ocurra aproximadamente 300 veces menos que la de un par tau-leptón. A pesar de esta escasez, la desintegración H → μμ ofrece la mejor oportunidad para medir la interacción de Higgs con fermiones de segunda generación en el LHC, proporcionando nuevos conocimientos sobre el origen de la masa para diferentes generaciones de fermiones.

Experimentalmente, ATLAS está bien equipado para identificar y reconstruir pares de muones. Al combinar las mediciones del detector interno ATLAS y el espectrómetro de muones, Los físicos pueden lograr una buena resolución de impulso de muones. Sin embargo, también deben tener en cuenta que los muones son creados por un trasfondo común:el abundante "proceso Drell-Yan", donde se produce un par de muones mediante el intercambio de un bosón Z virtual o un fotón. Para ayudar a diferenciar la señal H → μμ de este fondo, Los equipos de ATLAS utilizan discriminantes multivariantes (árboles de decisión potenciados), que explotan las diferentes propiedades de producción y descomposición de cada evento. Por ejemplo, Los eventos de señal H → μμ se caracterizan por un sistema de pares de muones más central y un mayor momento en el plano transversal a los protones en colisión.

Para mejorar aún más la sensibilidad de la búsqueda, Los físicos separan los eventos potenciales H → μμ en múltiples categorías, cada uno con diferentes proporciones esperadas de señal a fondo. Examinan cada categoría por separado, estudiar la distribución de la masa del par de muones de los eventos seleccionados. La abundancia de señal y de fondo podría determinarse simultáneamente mediante un ajuste al espectro de masas, explotando las diferentes formas de la señal y los procesos de fondo. La Figura 2 muestra la distribución de masa de pares de muones resultante combinada en todas las categorías.

En el nuevo resultado de ATLAS, no se observó un exceso significativo de eventos por encima del fondo medido en la región de señal alrededor de la masa del bosón de Higgs de 125 GeV. La significación de la señal observada es de 0,8 desviaciones estándar para 1,5 desviaciones estándar esperadas del modelo estándar. Se estableció un límite superior en la sección transversal de producción del bosón de Higgs multiplicado por la fracción de ramificación a muones en 1,7 veces la predicción del Modelo Estándar con un nivel de confianza del 95%. Este nuevo resultado representa una mejora de alrededor del 50% con respecto a los resultados anteriores de ATLAS.