¿Sigue el bosón de Higgs todas las reglas establecidas por el modelo estándar? Desde que descubrió la partícula en 2012, las colaboraciones ATLAS y CMS han trabajado arduamente para estudiar el comportamiento del bosón de Higgs. Cualquier observación inesperada podría ser un signo de nueva física más allá del Modelo Estándar.

En el modelo estándar, la fuerza de las interacciones entre el bosón de Higgs y las partículas de materia (quarks y leptones) es proporcional a la masa de la partícula. En el caso de leptones cargados, Se espera que la fuerza de la interacción con el bosón de Higgs sea mayor con la tau, el leptón más cargado, y el más pequeño con el electrón, el leptón más ligero cargado.

El modelo estándar permite la desintegración del bosón de Higgs en un par de electrones, pero es tan extraordinariamente raro que no se espera que sea observado por el Experimento ATLAS en el CERN. Para el contexto, el bosón de Higgs ronda los 40, 000 veces menos probabilidades de desintegrarse en electrones que en muones, para lo cual ATLAS presentó recientemente resultados preliminares de búsqueda actualizados. Si ATLAS observara la descomposición del bosón de Higgs en un par de electrones, un proceso de nueva física tendría que ser responsable.

El modelo estándar también predice que cuando el bosón de Higgs interactúa con un leptón cargado, el leptón no cambia su tipo (o sabor). Por lo tanto, el bosón de Higgs debería decaer en un par de electrones, muones o taus, pero no, por ejemplo, en un electrón y un muón, o una tau y un muon. Tales desintegraciones se conocen como "desintegraciones que violan el sabor de los leptones" y aparecen en muchas teorías de la nueva física.

Los físicos de ATLAS ya han buscado dos de tales desintegraciones, en el que el bosón de Higgs se desintegra en una tau y un electrón o un muón (H → eτ o H → µτ). La búsqueda utilizó técnicas de aprendizaje automático y no encontró un exceso significativo por encima del fondo esperado. El resultado colocó límites superiores en las relaciones de ramificación de H → eτ y H → µτ de 0,47 por ciento y 0,28 por ciento, respectivamente, en el nivel de confianza del 95 por ciento.

Esta semana, en el Simposio Lepton-Photon en Toronto, Canadá, la Colaboración ATLAS presentó nuevas búsquedas de dos desintegraciones adicionales del bosón de Higgs:en un par de electrones (H → ee), y en la combinación que viola el sabor de un electrón y un muón (H → eµ).

La nueva búsqueda H → ee es la primera de ATLAS Collaboration. Este canal en particular es especialmente difícil de estudiar, ya que se espera que la mayoría de los eventos de pares de electrones se originen a partir de la desintegración del bosón Z (Z → ee). La desintegración del bosón de Higgs se vería como un "golpe" en la masa invariante del par de electrones, encima del fondo grande Z → ee. Los físicos no encontraron tal exceso en los datos y pudieron establecer un límite superior en el índice de ramificación H → ee de 0.036 por ciento al nivel de confianza del 95 por ciento.

La búsqueda de H → eµ se realizó de manera similar, aunque los procesos de fondo esperados son más pequeños y se originan a partir de varios procesos. Como en el caso de la búsqueda de H → ee, no se observó un exceso significativo de eventos y se estableció un límite superior de 0,006 por ciento en la relación de ramificación H → eµ al nivel de confianza del 95 por ciento.

Con estos nuevos análisis completados, La Colaboración ATLAS ha buscado ahora todas las posibles desintegraciones del bosón de Higgs en dos leptones cargados. Sin embargo, el trabajo aún no está terminado, y ATLAS continuará investigando a fondo las interacciones de los leptones cargados con el bosón de Higgs.