Hace dos años, se observó que el bosón de Higgs decaía a un par de quarks de belleza (H → bb), moviendo su estudio de la "era del descubrimiento" a la "era de la medición". Midiendo las propiedades del bosón de Higgs y comparándolas con las predicciones teóricas, los físicos pueden comprender mejor esta partícula única, y en el proceso, buscar desviaciones de las predicciones que apunten a nuevos procesos físicos más allá de nuestra comprensión actual de la física de partículas.

Una de esas desviaciones podría ser la velocidad a la que se producen los bosones de Higgs en condiciones particulares. Cuanto mayor sea el momento transversal del bosón de Higgs, es decir, el impulso del bosón de Higgs perpendicular a la dirección de los haces de protones del Gran Colisionador de Hadrones (LHC); cuanto mayor creemos que es la sensibilidad a los nuevos procesos físicos de los partículas aún invisibles.

H → bb es el canal de búsqueda ideal para buscar tales desviaciones en la tasa de producción. Como la desintegración más probable del bosón de Higgs (que representa ~ 58% de todas las desintegraciones del bosón de Higgs), su mayor abundancia permite a los físicos sondear más en las regiones de alto momento transversal, donde la tasa de producción disminuye debido a la estructura compuesta de los protones en colisión.

En los nuevos resultados publicados este mes, la Colaboración ATLAS en el CERN estudió el conjunto de datos completo del LHC Run 2 para dar una medición actualizada de H → bb, donde el bosón de Higgs se produce en asociación con un bosón de vector (W o Z). Entre varios resultados nuevos, ATLAS informa la observación de la producción del bosón de Higgs en asociación con un bosón Z con una significancia de 5.3 desviaciones estándar (σ), y evidencia de producción con un bosón W con una significancia de 4.0 σ.

El nuevo análisis usa ~ 75% más datos que la edición anterior. Más lejos, Los físicos de ATLAS implementaron varias mejoras que incluyen:

• Algoritmos de aprendizaje automático de árbol de decisión mejorado (BDT) que se utilizan para separar las colisiones que contienen un bosón de Higgs de las que solo contienen procesos en segundo plano. La figura 2 muestra la separación lograda entre estos procesos por una de las BDT.
• Selecciones actualizadas utilizadas para identificar colisiones de interés enriquecidas en los diversos procesos en segundo plano. Estas "regiones de control" permitieron a los físicos obtener una mejor comprensión y un mejor manejo de los procesos de fondo.
• Mayor número de colisiones simuladas. Si bien es crucial para predecir fondos en una medición, La simulación de colisiones en todo el detector ATLAS es un proceso de cálculo intensivo. En este nuevo análisis, Los equipos de ATLAS hicieron grandes esfuerzos para aumentar el número de colisiones simuladas en un factor de cuatro en comparación con el análisis anterior.

Estas mejoras permitieron a los físicos de ATLAS realizar mediciones más precisas de la tasa de producción del bosón de Higgs en diferentes momentos transversales. y extender su alcance a valores más altos.

Los físicos de ATLAS también anunciaron una extensión del estudio H → bb:una nueva versión del análisis diseñada para sondear el bosón de Higgs cuando se produce con momentos transversales muy grandes. Normalmente, los dos quarks b de la desintegración H → bb se manifiestan en el detector ATLAS como dos aerosoles separados de partículas altamente colimadas y energéticas, llamados "chorros". Sin embargo, cuando el bosón de Higgs se produce en un momento transversal muy grande, superando el doble de la masa del bosón de Higgs de 125 GeV, el sistema H → bb está "reforzado". Los dos quarks b tienden a producirse juntos, fusionándose en un solo jet, como se muestra en la pantalla de eventos de arriba. El nuevo análisis utilizó diferentes algoritmos de reconstrucción de b-jet ajustados a este régimen reforzado. Permitieron a los físicos identificar las desintegraciones de H → bb potenciadas, reconstruir la masa del bosón de Higgs, e identificar un exceso sobre los procesos de fondo, como se muestra en la Figura 3.

La nueva técnica permitió a ATLAS explorar el espacio de fase del bosón de Higgs particularmente interesante de grandes eventos de impulso transversal con una eficiencia mejorada. Además, permitió a los físicos observar los bosones de Higgs producidos con valores de momento transversal aún mayores, un avance importante en la búsqueda de nueva física.

Estos análisis son pasos vitales en un largo viaje hacia la medición de las propiedades del bosón de Higgs. A medida que los físicos mejoran aún más sus algoritmos, mejorar su comprensión de los procesos en segundo plano y recopilar más datos, se aventuran cada vez más en un territorio inexplorado donde puede aguardar una nueva física.