Figura 2:Distribución de masa Zγ ponderada de eventos que satisfacen la selección H → Zγ en los datos. Los eventos se ponderan por la señal esperada y el fondo en una ventana de masa Zγ que contiene el 68% de la señal esperada. La curva azul sólida muestra la señal ajustada más el modelo de fondo, mientras que la línea discontinua muestra el modelo del componente de fondo del ajuste. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
El bosón de Higgs fue descubierto por las colaboraciones ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en 2012 a través de su desintegración en pares de fotones. Bosones W y bosones Z. Desde entonces, Los físicos de estos experimentos han obtenido una gran comprensión de las propiedades del bosón de Higgs a través del estudio de sus diferentes procesos de producción y desintegración. Se establecieron las desintegraciones a pares de leptones tau y quarks inferiores, al igual que el acoplamiento a los quarks superiores. Sin embargo, La pregunta sigue siendo si el bosón de Higgs también puede interactuar con partículas o fuerzas aún desconocidas.
Ocho años después de su descubrimiento, ATLAS ha observado casi el 90% de todas las desintegraciones del bosón de Higgs predichas por el modelo estándar. Una desintegración rara del bosón de Higgs que aún no se ha visto es la de un bosón Z y un fotón (Zγ). Esta desintegración es de particular interés para los físicos, ya que avanza a través de procesos que involucran partículas pesadas "virtuales" (posiblemente nuevas), Cual podría modificar su tasa.
La Colaboración ATLAS ha publicado un nuevo resultado que busca la desintegración del bosón de Higgs a Zγ. Este resultado utiliza el conjunto de datos completo LHC Run-2, analizando casi cuatro veces más eventos del bosón de Higgs que el resultado anterior de ATLAS.
Según el modelo estándar, 0.15% de los bosones de Higgs se desintegran en Zγ, una tasa comparable a la desintegración del bosón de Higgs en dos fotones, uno de los canales de descubrimiento. Sin embargo, a diferencia de los fotones, Los bosones Z se desintegran casi instantáneamente y no se pueden observar directamente. En lugar de, los bosones Z se reconstruyen a través de sus desintegraciones en pares de electrones o muones. Como menos del 7% de los bosones Z se desintegran de esta manera, solo una pequeña señal esperada de aproximadamente 1 de cada 10, 000 bosones de Higgs del modelo estándar se pueden sondear.
Figura 1:Presentación de eventos de un candidato a la desintegración del bosón de Higgs en un fotón y un bosón Z, donde el bosón Z se descompone en dos muones (mostrado en rojo). Los rectángulos verdes corresponden a los depósitos de energía en las células del calorímetro electromagnético, mientras que los rectángulos amarillos corresponden a depósitos de energía en las células del calorímetro de hadrones. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Para separar los eventos del bosón de Higgs de los abundantes procesos de fondo, Los físicos de ATLAS realizaron un ajuste a la distribución de la masa del fotón y bosón Z reconstruidos. Este ajuste determina simultáneamente el número de eventos de señal y de fondo utilizando las diferentes formas de la señal (pico estrecho) y los procesos de fondo (distribución suave).
Para mejorar la sensibilidad de la búsqueda, Los físicos separaron los eventos potenciales del bosón de Higgs en múltiples categorías, cada uno con diferentes proporciones esperadas de señal a fondo. Una de estas categorías, donde el bosón de Higgs se produce junto con dos chorros hacia adelante a través de la interacción de dos bosones débiles, utilizó un discriminante multivariado (o "árbol de decisión potenciado") para distinguirlo de los otros modos de producción del bosón de Higgs. Otras categorías se caracterizaron por el impulso del fotón o el candidato al bosón de Higgs, o si el bosón Z se descompuso en pares de electrones o muones.
Los físicos examinaron todas estas categorías simultáneamente, estudiar la distribución de la masa del bosón Z reconstruido y del fotón en eventos seleccionados para buscar un exceso causado por la desintegración de los bosones de Higgs a Zγ. La Figura 2 muestra la distribución de masa del bosón Z más fotón combinada en todas las categorías, con los resultados del ajuste superpuestos.
Un rendimiento de señal aproximadamente el doble de lo esperado del modelo estándar, equivalente a una significancia de 2.2 desviaciones estándar (5 necesarias para declarar una observación) se encontró en los datos. El resultado permite a los físicos de ATLAS excluir, a un nivel de confianza del 95%, tasas de producción más de 3.6 veces mayores de lo que predice el Modelo Estándar. Se necesitan más datos para perfeccionar la desintegración del bosón de Higgs a Zγ.
