Figure 1 e 2:misurazione delle sezioni d'urto di produzione del bosone di Higgs nelle sue principali modalità di produzione e normalizzate alle previsioni del modello standard, come ottenuto rispettivamente dai canali di decadimento H→ZZ*→4ℓ e H→γγ. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
Dopo aver ripreso le operazioni per l'Esecuzione 2, il Large Hadron Collider (LHC) ha prodotto circa 20, 000 bosoni di Higgs al giorno nelle sue collisioni protone-protone da 13 TeV. Alla fine del 2015, i dati raccolti dalle collaborazioni ATLAS e CMS erano già sufficienti per nuove osservazioni del bosone di Higgs alla nuova energia di collisione. Ora, avendo registrato più di 36, 000 trilioni di collisioni tra il 2015 e il 2016, l'esperimento ATLAS può eseguire misurazioni sempre più precise delle proprietà del bosone di Higgs.
Misurare come viene prodotto il bosone di Higgs e come decade è uno dei principali obiettivi degli esperimenti di LHC. Una maggiore precisione in queste misurazioni consente ai ricercatori di affinare la comprensione del settore Higgs del Modello Standard, e vincolano anche nuovi fenomeni oltre il Modello Standard che modificherebbero l'accoppiamento dell'Higgs con le altre particelle del Modello Standard. Studiando il bosone di Higgs decade in coppie di fotoni (H→γγ) e in quattro leptoni tramite bosoni Z intermedi (H→ZZ*→4ℓ, dove '*' indica che un bosone Z è prodotto dal suo guscio di massa), l'esperimento ATLAS può misurare le proprietà di accoppiamento del bosone di Higgs con una precisione senza precedenti.
All'LHC, il bosone di Higgs viene prodotto attraverso processi con velocità molto diverse:fusione gluonica, fusione vettore-bosone, NS, ZH, e ttH. Per sondare queste modalità di produzione, ATLAS ha introdotto una serie di criteri per classificare gli eventi di Higgs con gli stati finali H→γγ e H→ZZ*→4ℓ. I risultati di questo studio sono mostrati nelle figure 1 e 2, dove la sezione trasversale misurata, normalizzato al valore previsto dal Modello Standard, è mostrato.
Figura 3:momento trasversale del bosone di Higgs misurato nel decadimento di Hyy, e rispetto alle previsioni del modello Standard. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
Con l'LHC che produce un numero sempre crescente di bosoni di Higgs, ATLAS è stata in grado di iniziare a misurare la sezione trasversale di ciascuna modalità di produzione in diversi spazi di fase, l'impostazione di un ulteriore stress test per il Modello Standard. Questi risultati sono usati per vincolare le possibili modifiche degli accoppiamenti del bosone di Higgs da quelle previste dal Modello Standard. Non è stata ancora osservata alcuna deviazione significativa dalla previsione.
Il canale di decadimento H→γγ viene utilizzato anche per misurare diverse sezioni d'urto differenziali per osservabili sensibili alla produzione e al decadimento del bosone di Higgs, dove è stato trovato un buon accordo tra i dati e le previsioni del Modello Standard. Misure simili sono già state eseguite con decadimenti H→ZZ*→4ℓ.
La combinazione di queste misurazioni separate ha consentito ad ATLAS di avvicinare la sensibilità sperimentale alla precisione delle previsioni del modello standard. La sezione d'urto totale della produzione del bosone di Higgs è misurata pari a 57,0 +6.0 −5.9 +3.2 −2.7 pb, dove la prima incertezza è statistica e la seconda di origine sistematica. Il risultato è coerente con la previsione del modello standard di 55,6 +2.4 −3.4 pb.
ATLAS continuerà a studiare le proprietà del bosone di Higgs per il resto della corsa 2, isolando le sue rare modalità di produzione e misurandone le proprietà più sfuggenti. La scoperta di questi segreti consoliderà ulteriormente il Modello Standard, o fornire informazioni su cosa c'è oltre.
