Geneva. Vid den 40: e ichep-konferensen tillkännagav ATLAS-och CMS-experimenten nya resultat som visar att Higgs boson sönderfaller i två muoner. Muonen är en tyngre kopia av elektronen, en av de elementära partiklarna som utgör materiens innehåll i universum. Medan elektroner klassificeras som en första generationens partikel, hör muoner till andra generationen. Fysikprocessen för Higgs boson som förfaller till muoner är ett sällsynt fenomen eftersom endast en Higgs boson på 5000 förfaller till muoner. Dessa nya resultat har avgörande betydelse för grundläggande fysik eftersom de för första gången indikerar att Higgs boson interagerar med andra generationens elementära partiklar.fysiker vid CERN har studerat Higgs boson sedan upptäckten 2012 för att undersöka egenskaperna hos denna mycket speciella partikel. Higgs bosonen, som produceras från protonkollisioner vid Large Hadron Collider, sönderdelas – kallas sönderfall – nästan omedelbart i andra partiklar. En av de viktigaste metoderna för att studera Higgs bosons egenskaper är genom att analysera hur den sönderfaller i de olika grundpartiklarna och sönderdelningshastigheten.

CMS uppnådde bevis på detta förfall med 3 sigma, vilket innebär att chansen att se Higgs boson förfallna till ett muonpar från statistisk fluktuation är mindre än en av 700. ATLAS två – Sigma resultat innebär att chanserna är en i 40. Kombinationen av båda resultaten skulle öka betydelsen långt över 3 sigma och ger starka bevis för Higgs bosonförfall till två muoner.

” CMS är stolt över att ha uppnått denna känslighet för sönderfallet av Higgs bosoner till muoner och att visa de första experimentella bevisen för denna process. Higgs boson verkar också interagera med andra generationens partiklar i överensstämmelse med förutsägelsen av standardmodellen, ett resultat som kommer att förfinas ytterligare med de data vi förväntar oss att samla in i nästa körning”, säger Roberto Carlin, talesman för CMS-experimentet.Higgs bosonen är kvantmanifestationen av Higgs-fältet, vilket ger massa till elementära partiklar som det interagerar med via Brout-Englert-Higgs-mekanismen. Genom att mäta hastigheten med vilken Higgs bosonen sönderfaller i olika partiklar kan fysiker dra slutsatsen om styrkan i deras interaktion med Higgs-fältet: ju högre sönderfallshastigheten i en given partikel desto starkare är dess interaktion med fältet. Hittills har ATLAS-och CMS-experimenten observerat Higgs boson sönderfall i olika typer av bosoner som W och Z, och tyngre fermioner som tau leptoner. Samspelet med de tyngsta kvarkarna, toppen och botten, mättes 2018. Muoner är mycket lättare i jämförelse och deras interaktion med Higgs-fältet är svagare. Interaktioner mellan Higgs boson och muoner hade därför inte tidigare sett vid LHC.

” detta bevis på Higgs boson sönderfaller till andra generationens materiepartiklar kompletterar ett mycket framgångsrikt kör 2 Higgs fysikprogram. Mätningarna av Higgs bosons egenskaper har nått ett nytt steg i precision och sällsynta sönderfallslägen kan hanteras. Dessa prestationer är beroende av den stora LHC-datamängden, ATLAS-detektorns enastående effektivitet och prestanda och användningen av nya analystekniker”, säger Karl Jakobs, ATLAS-talesman.vad som gör dessa studier ännu mer utmanande är att vid LHC, för varje förutsagd Higgs boson som förfaller till två muoner, finns det tusentals muonpar som produceras genom andra processer som efterliknar den förväntade experimentella signaturen. Den karakteristiska signaturen för Higgs bosons förfall till muoner är ett litet överskott av händelser som kluster nära en muonparmassa på 125 GeV, vilket är massan av Higgs boson. Att isolera Higgs boson till muon-par interaktioner är ingen lätt prestation. För att göra det mäter båda experimenten energi, momentum och vinklar av muonkandidater från Higgs bosons förfall. Dessutom förbättrades analysernas känslighet genom metoder som sofistikerade bakgrundsmodelleringsstrategier och andra avancerade tekniker som maskininlärningsalgoritmer. CMS kombinerade fyra separata analyser, var och en optimerad för att kategorisera fysikhändelser med möjliga signaler från ett specifikt Higgs bosonproduktionsläge. ATLAS delade sina händelser i 20 kategorier som riktade sig till specifika Higgs boson-produktionslägen.

resultaten, som hittills överensstämmer med standardmodellförutsägelserna, använde den fullständiga datamängden som samlats in från LHC: s andra körning. Med mer data som ska registreras från partikelacceleratorns nästa körning och med LHC med hög ljusstyrka förväntar sig ATLAS-och CMS-samarbeten att nå den Känslighet (5 sigma) som behövs för att fastställa upptäckten av Higgs bosonförfall till två muoner och begränsa möjliga teorier om fysik utöver standardmodellen som skulle påverka detta sönderfallsläge för Higgs boson.

länkar

vetenskapliga material
papper:
CMS fysik analys sammanfattning: https://cds.cern.ch/record/2725423
ATLAS papper på arXiv: https://arxiv.org/abs/2007.07830

fysik genomgångar:
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