ATLAS sonde l’interaction entre le Higgs et les quarks les plus lourds

L'un des objectifs principaux du programme d'ATLAS sur la physique du Higgs est de mesurer, avec une précision croissante, l'intensité des interactions du boson de Higgs avec des fermions et des bosons élémentaires. D'après la théorie de la brisure de la symétrie électrofaible, ces interactions sont à l'origine de la masse des particules en question. Il est possible de déterminer l'intensité des interactions en mesurant précisément à la fois la production du boson de Higgs par l'intermédiaire de ces particules et sa désintégration en ces particules.

Lors l'édition 2024 de la Conférence internationale sur la physique des hautes énergies (ICHEP), qui a eu lieu récemment, la collaboration ATLAS a présenté des mesures affinées de l'intensité des interactions entre le boson de Higgs et les trois types de quarks les plus lourds : les quarks t, b et c. Ces résultats proviennent d'une nouvelle analyse des données collectées lors de la deuxième période d'exploitation du LHC, entre 2015 et 2018, réalisée avec des méthodes d'analyse perfectionnées, comme l'étiquetage amélioré des jets.

Qu'est-ce qu'un jet, et quel est l'intérêt de l'étiquetage ? Quand le boson de Higgs se désintègre en une paire de quarks, chaque quark se fragmente, créant une gerbe de particules collimatées (principalement des hadrons) observables dans le détecteur, qu'on appelle « jet ». L'étiquetage a pour but de déterminer quel type (ou « saveur ») de quark a produit un jet donné, au moyen d'une analyse détaillée des propriétés de ce jet. Grâce à de nouvelles techniques sur mesure d'étiquetage des jets (ou « étiquetage des saveurs ») pour les quarks c et b, des scientifiques d'ATLAS sont parvenus à améliorer considérablement la sensibilité de leurs analyses. Ainsi, ils ont pu accroître de 15 % la sensibilité aux désintégrations H→bb et multiplier par trois la sensibilité aux désintégrations H→cc.

Les mesures actualisées de la production d'un boson de Higgs associé à un boson W ou Z, et de sa désintégration en paire de quarks c ou b, ont permis la première observation du processus WH, H→bb, avec une signification statistique de 5.3 σ, ainsi qu'une mesure du processus ZH, H→bb, avec une signification de 4.9 σ. La désintégration du boson de Higgs en quarks c est atténuée d'un facteur 20, lié à la masse, par rapport à la désintégration en quark b, et est donc trop rare pour pouvoir être observée. ATLAS fixe une limite supérieure au taux de production du processus VH, H→cc à hauteur de 11,3 fois la prédiction du Modèle standard. Ces résultats constituent les mesures les plus précises à ce jour de ces processus, et ils sont compatibles avec le Modèle standard.

Une nouvelle mesure de l'interaction entre le boson de Higgs et le quark t s'est concentrée sur la production du Higgs associé à deux quarks t et sa désintégration en une paire de quarks b. Caractérisé par un état final très complexe, ce processus difficile à saisir pâtit des bruits de fond importants. La nouvelle analyse, qui s'appuie sur une meilleure compréhension des processus de bruit dominant lié aux quarks t, a multiplié la sensibilité par deux et mesuré une intensité de signal de 0,81 ± 0,21 pour le mode de production ttH, H→bb par rapport à la prédiction du Modèle standard.

Des techniques d'analyse perfectionnées et les nouvelles données issues de la troisième période d'exploitation, actuellement en cours, devraient permettre de mesurer ces interactions avec une précision encore accrue. Avec ces avancées dans la recherche de la désintégration H→cc le LHC à haute luminosité (HL-LHC), est encore plus attendu, car il devrait rendre possible la détection de ce processus.

Pour en savoir plus, lire les notes d'informations d'ATLAS ici et là .