I fisici trovano prove di un raro decadimento del bosone di Higgs

Dalla scoperta del bosone di Higgs nel 2012, gli scienziati delle collaborazioni ATLAS e CMS al Large Hadron Collider (LHC) hanno lavorato per caratterizzare le sue proprietà e cercare modi diversi per decadere questa misteriosa particella. Dal decadimento abbondante ma sperimentalmente complesso in quark b al raro decadimento in quattro leptoni, ognuno offre modi diversi per studiare le proprietà di questa nuova particella.

Ora ATLAS ha scoperto le prime prove del decadimento del bosone di Higgs in due leptoni (un elettrone o una coppia di muoni con carica opposta) e un fotone. Conosciuto come "Dalitz Decay", è uno dei più rari decadimenti del bosone di Higgs mai osservati nell'LHC.

Per questa analisi, i fisici di ATLAS hanno preso di mira il decadimento del bosone di Higgs mediato da un fotone virtuale. A differenza del solito fotone stabile senza massa, questa particella virtuale di solito ha una massa molto piccola (ma diversa da zero) e decade istantaneamente in due leptoni.

I fisici di ATLAS hanno esaminato il set di dati completo LHC Run 2 per eventi di collisione con un fotone e due leptoni con una massa totale inferiore a 30 GeV. In questa regione, i decadimenti con fotoni virtuali dovrebbero dominare su altri processi che portano allo stesso stato finale.

ATLAS ha misurato la velocità del segnale del bosone di Higgs in questo canale di decadimento, che è 1,5 ± 0,5 volte superiore alle aspettative del modello standard. La probabilità che il segnale osservato sia stato causato dalla fluttuazione di fondo è di 3,2 sigma, meno di 1 su 1000.

Con la grande quantità di dati attesi dal prossimo programma LHC ad alta luminosità, lo studio dei rari decadimenti del bosone di Higgs sarà la nuova norma. Ciò consentirà ai fisici di passare dalla presentazione delle prove della loro esistenza alla conferma delle loro osservazioni e alla conduzione di studi dettagliati delle proprietà del bosone di Higgs, il che porterà a test ancora più rigorosi del Modello Standard.

L'osservazione del decadimento del bosone di Higgs in un fotone e una coppia di leptoni consentirà ai fisici di studiare la simmetria della parità di carica (CP). La simmetria CP è un modo per dire che un'immagine speculare di particelle interagenti, in cui le particelle vengono sostituite dalle loro antiparticelle, dovrebbe apparire esattamente come l'interazione originale.

Questo era un presupposto naturale fino al 1964, quando i fisici che studiavano le particelle kaon, con loro grande sorpresa, notarono che non era il caso nel mondo della fisica delle particelle. Da allora, i fisici hanno imparato che la violazione di CP è un segno di interazione elettrodebole e l'hanno inclusa nel Modello Standard.

Ma con il decadimento del bosone di Higgs in tre particelle, due delle quali sono cariche, i fisici saranno in grado di indagare se i decadimenti sono in una direzione preferita, il che consentirà ai ricercatori di migliorare la loro comprensione delle ragioni della violazione della simmetria CP e può persino portare a suggerimenti di nuova fisica oltre il Modello Standard. ...