La clave para comprender el bosón de Higgs y su función en el modelo estándar es comprender cómo interactúa con las partículas de materia, es decir, quarks y leptones. Hay tres generaciones de partículas de materia, variando en masa desde la más ligera (primera generación) hasta la más pesada (tercera generación). Aunque han comenzado a aparecer indicios de interacciones leptónicas de segunda generación, Los físicos solo han confirmado experimentalmente que las masas de los quarks más pesados ​​se originan en sus interacciones con el campo de Higgs. Hasta aquí, Aún no se han observado quarks más ligeros interactuando con el bosón de Higgs.

Esta semana, Los físicos del Experimento ATLAS en el CERN lanzaron una nueva búsqueda directa de la desintegración del bosón de Higgs en quarks encantadores. Observar esta desintegración daría a los físicos una nueva perspectiva de la relación del bosón de Higgs con la segunda generación de partículas de materia. Más lejos, medir la fuerza (o "acoplamiento") de la interacción del bosón de Higgs con el quark encanto podría dar a los físicos una idea de los nuevos procesos físicos.

Pero detectar esta descomposición ha demostrado ser todo un desafío. Representa solo el 3% de las desintegraciones del bosón de Higgs del modelo estándar y, más importante, su búsqueda está fuertemente dominada por procesos de fondo. Por su nuevo resultado, Los investigadores de ATLAS comenzaron identificando eventos de colisión con chorros de partículas que se originan en la hadronización de los quarks encantadores. Utilizaron un nuevo método de clasificación multivariante, que etiquetaría hadrones con propiedades particulares, en particular, su longitud de desintegración desde el punto de colisión del LHC. Luego, para maximizar la sensibilidad de su resultado a la señal, los investigadores clasificaron estos eventos por aquellos que contenían una o dos etiquetas de quark-charm.

Para suprimir aún más los fondos de otros procesos físicos, Los físicos de ATLAS dirigieron su búsqueda a los bosones de Higgs producidos junto con un bosón vectorial (VH (cc)), donde el bosón del vector (W o Z) decae a 0, 1, o 2 electrones o muones. La distribución de masa invariante di-charm, después de restar los fondos, se muestra en la Figura 2.

Los investigadores validaron esta estrategia de análisis al estudiar también eventos con dos bosones vectoriales que contienen la desintegración de un bosón W en un quark encanto (VW (cq) o la desintegración de un bosón Z en dos quarks encanto (VZ (cc)). (cq) el proceso se midió con una significación de señal de 3.8 sigma, y el proceso VZ (cc) con una significación de señal de 2,6 sigma. Ambas medidas, usando etiquetas de encanto, están de acuerdo con las mediciones de precisión de experimentos anteriores.

Los físicos no encontraron ningún signo significativo de la desintegración del bosón de Higgs en quarks encantadores; el resultado se utilizó para establecer un límite en la tasa del proceso VH (cc) (al nivel de confianza del 95%) para ser 26 veces la tasa predicha en el Modelo Estándar. Este límite también permitió a los físicos de ATLAS, por primera vez, dar una interpretación significativa del acoplamiento Higgs-encanto.

La nueva búsqueda directa de ATLAS de decaimientos del bosón de Higgs a quarks encantadores limita el valor absoluto del acoplamiento modificado (al nivel de confianza del 95%) a ser, a lo sumo, un factor de 8.5 del valor predicho en el Modelo Estándar. Después de haber observado el acoplamiento del bosón de Higgs a los quarks más pesados, Los físicos de ATLAS ahora están ampliando su exploración del acoplamiento del bosón de Higgs a los quarks más ligeros.