Genève. Op de 40e ICHEP conferentie, de ATLAS en CMS experimenten aangekondigd nieuwe resultaten die aantonen dat het Higgs boson vervalt in twee muons. De muon is een zwaardere kopie van het elektron, een van de elementaire deeltjes die de materie-inhoud van het universum vormen. Terwijl elektronen worden geclassificeerd als een deeltje van de eerste generatie, behoren muonen tot de tweede generatie. Het fysicaproces van het higgsboson dat in muons vergaat is een zeldzaam fenomeen omdat slechts één higgsboson op 5000 muons vergaat. Deze nieuwe resultaten zijn van cruciaal belang voor de fundamentele fysica omdat ze voor het eerst aangeven dat het higgsboson samenwerkt met elementaire deeltjes van de tweede generatie.
natuurkundigen van CERN bestuderen het higgsboson sinds zijn ontdekking in 2012 om de eigenschappen van dit zeer speciale deeltje te onderzoeken. Het higgsboson, geproduceerd door Proton botsingen bij de Large Hadron Collider, desintegreert – aangeduid als verval-bijna ogenblikkelijk in andere deeltjes. Een van de belangrijkste methoden om de eigenschappen van het higgsboson te bestuderen is door te analyseren hoe het vervalt in de verschillende fundamentele deeltjes en de snelheid van desintegratie.
CMS bereikte bewijs van dit verval met 3 sigma, wat betekent dat de kans om het higgsboson te zien vergaan tot een muonpaar door statistische fluctuaties minder dan 1 op 700 is. Het two-sigma resultaat van ATLAS betekent dat de kans 1 op 40 is. De combinatie van beide resultaten zou de significantie ver boven 3 sigma verhogen en levert sterk bewijs voor het verval van het higgsboson tot twee muons.
” CMS is er trots op deze gevoeligheid voor het verval van Higgsbosonen tot muonen te hebben bereikt en het eerste experimentele bewijs voor dit proces te tonen. Het Higgs boson lijkt ook te interageren met deeltjes van de tweede generatie in overeenstemming met de voorspelling van het standaardmodel, een resultaat dat verder zal worden verfijnd met de gegevens die we verwachten te verzamelen in de volgende run,” zei Roberto Carlin, woordvoerder van het CMS experiment.
het higgsboson is de kwantummanifestatie van het higgsveld, dat via het Brout-Englert-Higgsmechanisme massa geeft aan elementaire deeltjes waarmee het interageert. Door het meten van de snelheid waarmee het higgsboson vervalt in verschillende deeltjes, kunnen natuurkundigen de sterkte van hun interactie met het higgsveld afleiden: hoe hoger de snelheid van verval in een bepaald deeltje, hoe sterker de interactie met het veld. Tot nu toe hebben de ATLAS-en CMS-experimenten waargenomen dat het higgsboson vervalt in verschillende soorten bosonen zoals W en Z, en zwaardere fermionen zoals tau-leptonen. De interactie met de zwaarste quarks, de boven-en onderkant, werd gemeten in 2018. Muons zijn veel lichter in vergelijking en hun interactie met het higgsveld is zwakker. Interacties tussen het higgsboson en muons waren daarom niet eerder waargenomen bij de LHC.
” dit bewijs van higgsboson vervalt tot tweede generatie materiedeeltjes vormt een aanvulling op een zeer succesvol 2 Higgs natuurkundig programma. De metingen van de eigenschappen van het higgsboson hebben een nieuw stadium bereikt in precisie en zeldzame vervalmodi kunnen worden aangepakt. Deze prestaties zijn afhankelijk van de grote LHC-dataset, de uitstekende efficiëntie en prestaties van de ATLAS-detector en het gebruik van nieuwe analysetechnieken”, aldus Karl Jakobs, woordvoerder van ATLAS.
wat deze studies nog uitdagender maakt, is dat bij de LHC, voor elk voorspeld higgsboson dat tot twee muons vervalt, er duizenden muonparen zijn geproduceerd door andere processen die de verwachte experimentele signatuur nabootsen. Het karakteristieke kenmerk van het verval van het higgsboson tot muons is een kleine overmaat aan gebeurtenissen die zich in de buurt van een muon-paar massa van 125 GeV, dat is de massa van het higgsboson. Het isoleren van het Higgs boson naar muon-pair interacties is geen gemakkelijke prestatie. Om dit te doen, meten beide experimenten de energie, het momentum en de hoeken van muon-kandidaten uit het verval van het higgsboson. Daarnaast werd de gevoeligheid van de analyses verbeterd door methoden zoals geavanceerde achtergrondmodelleringsstrategieën en andere geavanceerde technieken zoals machine-learning algoritmen. CMS combineerde vier afzonderlijke analyses, elk geoptimaliseerd om natuurkundige gebeurtenissen te categoriseren met mogelijke signalen van een specifieke higgsboson productiemodus. ATLAS verdeelde hun evenementen in 20 categorieën die specifiek gericht waren op Higgs boson productiemodi.
de resultaten, die tot nu toe consistent zijn met de standaard modelvoorspellingen, maakten gebruik van de volledige gegevensverzameling die werd verzameld uit de tweede reeks van de LHC. Met meer gegevens van de volgende run van de deeltjesversneller en met de LHC met hoge helderheid, verwachten de ATLAS en CMS samenwerkingen de gevoeligheid (5 sigma) te bereiken die nodig is om de ontdekking van het higgsboson verval tot twee muons vast te stellen en mogelijke theorieën van de fysica buiten het standaardmodel te beperken die deze vervalmodus van het higgsboson zouden beïnvloeden.
LINKS
wetenschappelijke materialen
Papers:
CMS physics analysis summary: https://cds.cern.ch/record/2725423
ATLAS paper on arXiv: https://arxiv.org/abs/2007.07830
Physics briefings:
CMS: https://cmsexperiment.web.cern.ch/news/cms-sees-evidence-higgs-boson-decaying-muons
ATLAS: https://atlas.cern/updates/physics-briefing/new-search-rare-higgs-decays-muons
Event displays and plots:
CMS: https://cds.cern.ch/record/2720665?ln=en
http://cds.cern.ch/record/2725728
ATLAS: https://cds.cern.ch/record/2725717?ln=en
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2019-14
Photos
CMS detector:
https://cds.cern.ch/record/1344500/files/0712017_02.jpg?subformat=icon-1440
https://cds.cern.ch/record/1431473/files/bul-pho-2007-079.jpg?subformat=icon-1440
ATLAS detector: https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0706038/0706038_02/0706038_02-A4-at-144-dpi.jpg
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0705021/0705021_01/0705021_01-A4-at-144-dpi.jpg
CMS muon system:
https://cds.cern.ch/record/2016944/files/IMG_0267.jpg?subformat=icon-1440
https://cds.cern.ch/record/1431505/files/DSC_1432.jpg?subformat=icon-1440
ATLAS muon spectrometer:
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2006/0610010/0610010_02/0610010_02-A4-at-144-dpi.jpg
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0707043/0707043_01/0707043_01-A4-at-144-dpi.jpg
