Le domaine de la physique des particules évolue sans cesse, animé par des découvertes révolutionnaires et des mesures de plus en plus précises. L’un des points centraux des investigations actuelles est le mystérieux boson de Higgs. La collaboration ATLAS a fait des progrès significatifs dans la mesure des interactions du boson de Higgs avec diverses particules élémentaires, en particulier les fermions et les bosons, qui sont essentiels pour comprendre comment ces particules acquièrent leur masse. Cet article explore les avancées récentes dans ce domaine, mettant en lumière leurs implications pour la communauté scientifique au sens large.
Au cœur de la physique des particules se trouve la théorie de la rupture de symétrie électrofaible, qui postule que diverses particules acquièrent leur masse à travers leurs interactions avec le champ de Higgs. La précision de ces mesures d’interaction a un impact significatif sur notre compréhension du Modèle Standard de la physique des particules. La collaboration ATLAS, opérant au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN, se consacre à améliorer l’exactitude de ces mesures.
Leurs travaux récents, présentés à la Conférence Internationale sur la Physique des Hautes Énergies (ICHEP) 2024, mettent en avant des analyses améliorées concernant les interactions du boson de Higgs avec trois quarks significatifs : les quarks top, bottom et charm. Les mesures récentes proviennent d’une réanalyse exhaustive des données de Run 2 du LHC, collectées entre 2015 et 2018. En utilisant des méthodes d’analyse avancées, notamment des techniques de tagging de jets améliorées, les chercheurs d’ATLAS ont réalisé des progrès révolutionnaires.
Le tagging de jets est crucial en physique des hautes énergies, car il détermine le type de quark responsable d’un jet particulier résultant des collisions de particules. Cela se fait par l’examen des particularités des particules au sein du jet, permettant aux physiciens d’identifier le goût du quark, une capacité essentielle pour étudier les désintégrations du boson de Higgs en quarks. Lorsque le boson de Higgs se désintègre, il peut produire une paire de quarks qui forment ensuite des jets en se fragmentant en particules détectables par l’instrumentation sophistiquée du LHC.
En utilisant des méthodologies spécialisées de tagging de jets pour les quarks charm et bottom, l’équipe d’ATLAS a considérablement augmenté la sensibilité de ses analyses, réalisant une augmentation de 15 % pour les désintégrations des quarks bottom et une augmentation remarquable de trois fois pour les désintégrations des quarks charm. Cette amélioration permet des mesures plus précises des interactions du boson de Higgs avec ces quarks lourds.
Parmi les résultats notables des dernières études, on trouve la première observation du boson de Higgs se désintégrant en quarks bottom en association avec un boson W (WH, H → bb) et la désintégration en quarks bottom avec un boson Z (ZH, H → bb). Les résultats ont révélé une signification de 5,3σ pour WH, H → bb et 4,9σ pour ZH, H → bb, montrant un bond statistique sans précédent dans notre confiance concernant ces processus de désintégration particuliers. Cependant, la désintégration du boson de Higgs en quarks charm reste insaisissable en raison de sa rareté, nécessitant des recherches supplémentaires, bien qu’ATLAS ait placé une limite supérieure sur ce processus.
La collaboration ATLAS a également examiné les interactions du boson de Higgs impliquant le quark top, notamment à travers des processus où le Higgs est produit avec deux quarks tops. Cette recherche présente des défis inhérents, y compris l’état final complexe et le bruit de fond significatif. Cependant, grâce à une compréhension affinée de ces processus de fond, la collaboration a doublé son analyse de sensibilité, atteignant une mesure de force du signal de 0,81 ± 0,21 par rapport aux prévisions du Modèle Standard.
À mesure que nous nous tournons vers l’avenir, les avancées dans l’analyse des interactions du boson de Higgs établissent une base robuste pour les efforts futurs, en particulier avec le Run 3 en cours du LHC. Le prometteur LHC haute luminosité (HL-LHC) promet d’améliorer ces mesures, rapprochant la possibilité d’observer directement la désintégration du boson de Higgs en quarks charm, un objectif longtemps souhaité dans le domaine. Les récentes découvertes de la collaboration ATLAS concernant les interactions du boson de Higgs signalent un jalon remarquable dans la physique des hautes énergies. Ces résultats renforcent non seulement notre compréhension des forces fondamentales et des particules dans l’univers, mais ouvrent également la voie à des découvertes plus profondes dans la tapisserie complexe des interactions des particules.