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  • Preuves de la Désintégration du Boson de Higgs en Quarks

    Posté le 2 août 2017

    Le Modèle Standard fait des prédictions très précises sur la manière dont le Boson de Higgs interagit avec différentes particules. Les premières observations étaient basées sur les mesures de sa désintégration en d’autres bosons (W,Z,γ). Maintenant, les chercheurs de la collaboration ATLAS viennent de montrer comment le Higgs se désintègre directement en fermions tels que les quarks et les leptons, la famille de particules fondamentales qui composent la matière.

    Jusqu’à maintenant les chercheurs ont pu prouver la désintégration du Boson de Higgs en photons, leptons tau et bosons W et Z. Cependant, cela ne représente que 30% des désintégrations. La désintégration en quarks bottom (H→bb) qui devrait pourtant se produire avec le taux le plus élevé (environ 58% d’après le Modèle Standard) n’avait jamais été observée. La raison est qu’il est très difficile de la distinguer des processus similaires d’arrière plan (qui pourraient s’assimiler à un “bruit de fond”) : les paires de quark bottom sont créées 10 millions de fois plus souvent que les désintégrations H→bb.

    Les physiciens de la collaboration ATLAS ont donc cherché les désintégrations H→bb qui sont créées en association avec une autre particule, dans ce cas il s’agit d’un boson vecteur (W ou Z). Les désintégrations plus reconnaissables des bosons vecteurs permettent de réduire le bruit de fond. Cela conduit à un taux de production beaucoup plus faible (environ 30,000 désintégrations H→bb devraient avoir été produites de cette manière) mais fournit une opportunité de repérer cette désintégration insaisissable.

    Néanmoins, même dans ces conditions les processus d’arrière-plan qui imitent le signal H→bb restent importants, complexes et difficiles à modéliser. Les collaborateurs de ATLAS ont fait un énorme effort pour isoler les faibles signaux H→bb du bruit de fond. Après avoir sélectionné les collisions intéressantes il ne restait plus qu’environ 300 H→bb comparé aux 70000 évènements d’arrière-plan. L’espoir était d’observer un excès d’évènements de collision par rapport aux prédictions de bruit de fond qui apparaitrait à la masse du Boson de Higgs.

    Après avoir analysé toutes les données collectées en 2015 et 2016, le niveau de précision nécessaire pour déclarer l’observation de H→bb a enfin été atteint avec une signification statistique de 3,6 sigma en combinant les données des Run 1 et 2 (3 sigma est considéré comme une preuve, et 5 sigma comme une découverte). Comme le montre le graphique, on observe une “bosse” conforme aux attentes, confirmant plusieurs aspects clés du comportement du Boson de Higgs. A côté de la bosse vous pouvez voir la désintégration d’un boson Z (masse de 91 GeV) en une paire de quarks bottom, produit d’une manière similaire à celle du boson de Higgs mais en plus grande quantité. Cela sert de puissante validation de l’analyse.

    Repérer H→bb est seulement le commencement. Les études de cette nouvelle désintégration ouvrent une nouvelle fenêtre sur le Higgs mais pourraient également fournir des indices d’une nouvelle physique au-delà de nos théories actuelles.

    Via PhysOrg
    Source : ATLAS

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