Des physiciens découvrent des preuves d'une rare désintégration du boson de Higgs

Depuis la découverte du boson de Higgs en 2012, les scientifiques des collaborations ATLAS et CMS du Grand collisionneur de hadrons (LHC) travaillent à caractériser ses propriétés et à rechercher différentes façons de décomposer cette mystérieuse particule. De la désintégration abondante mais expérimentalement complexe en quarks b à la désintégration rare en quatre leptons, chacun offre différentes manières d'étudier les propriétés de cette nouvelle particule.

ATLAS a maintenant découvert la première preuve de la désintégration du boson de Higgs en deux leptons (un électron ou une paire de muons de charge opposée) et un photon. Connue sous le nom de «Dalitz Decay», c'est l'une des désintégrations de boson de Higgs les plus rares jamais observées dans le LHC.

Pour cette analyse, les physiciens d'ATLAS ont ciblé la désintégration du boson de Higgs médiée par un photon virtuel. Contrairement au photon sans masse stable habituel, cette particule virtuelle a généralement une masse très petite (mais non nulle) et se désintègre instantanément en deux leptons.

Les physiciens d'ATLAS ont examiné l'ensemble de données complet du LHC Run 2 pour les événements de collision avec un photon, ainsi que deux leptons d'une masse totale inférieure à 30 GeV. Dans cette région, les désintégrations avec des photons virtuels devraient dominer les autres processus menant au même état final.

ATLAS a mesuré la vitesse du signal du boson de Higgs dans ce canal de désintégration, qui est 1,5 ± 0,5 fois plus élevée que les attentes du modèle standard. La probabilité que le signal observé soit causé par une fluctuation de fond est de 3,2 sigma - moins de 1 sur 1000.

Avec la grande quantité de données attendues du prochain programme LHC à haute luminosité, l'étude des rares désintégrations du boson de Higgs deviendra la nouvelle norme. Cela permettra aux physiciens de passer de la présentation des preuves de leur existence à la confirmation de leurs observations et à la réalisation d'études détaillées des propriétés du boson de Higgs, ce qui conduira à des tests encore plus rigoureux du modèle standard.

L'observation de la désintégration du boson de Higgs en un photon et une paire de leptons permettra aux physiciens d'étudier la symétrie de la parité de charge (CP). La symétrie CP est une façon de dire qu'une image miroir de particules en interaction, où les particules sont remplacées par leurs antiparticules, devrait ressembler exactement à l'interaction d'origine.

C'était une hypothèse naturelle jusqu'en 1964, lorsque les physiciens étudiant les particules de kaon, à leur grande surprise, ont remarqué que ce n'était pas le cas dans le monde de la physique des particules. Depuis lors, les physiciens ont appris que la violation de CP est un signe d'interaction électrofaible et l'ont inclus dans le modèle standard.

Mais avec la désintégration du boson de Higgs en trois particules, dont deux sont chargées, les physiciens pourront déterminer si les désintégrations sont dans une direction préférée, ce qui permettra aux chercheurs d'améliorer leur compréhension des raisons de la violation de la symétrie CP. et peut même conduire à des indices de nouvelle physique au-delà du modèle standard. ...