Il campo di Higgs è come un oceano infinito attraverso il quale nuota tutta la materia. Alcune particelle sono come spugne e assorbono massa mentre avanzano pesantemente, mentre altri sono vivaci come piccoli pesciolini e sfrecciano attraverso.

La teoria di Higgs è una spiegazione meravigliosamente semplice del perché alcune particelle sono massicce mentre altre no. Ma non tutte le previsioni della teoria di Higgs sono state ancora testate sperimentalmente. Ecco perché gli scienziati dell'esperimento CMS al Large Hadron Collider stanno mettendo al microscopio il bosone di Higgs e cercando di determinare come si inserisce nel delicato ecosistema di particelle.

"Sappiamo che l'Higgs interagisce con massicce particelle che trasportano forza, come il bosone W, perché è così che l'abbiamo scoperto inizialmente, ", ha affermato la scienziata Patty McBride del Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, che supporta la ricerca di centinaia di scienziati statunitensi sull'esperimento CMS. "Ora stiamo cercando di capire la sua relazione con i fermioni".

I fermioni sono particelle che fanno clic insieme per formare l'impalcatura invisibile all'interno degli atomi. bosoni, d'altra parte, sono la manifestazione fisica di forze e svolgono compiti come incollare insieme i fermioni.

Nel giugno 2014, gli scienziati sull'esperimento CMS hanno pubblicato un articolo in Natura mostrando che il bosone di Higgs ha una relazione con i fermioni misurando la velocità con cui decade in leptoni tau, un cugino più pesante dell'elettrone. Dopo, entrambi gli esperimenti CMS e ATLAS hanno trovato prove del decadimento del bosone di Higgs in quark bottom. Ora, gli scienziati stanno affrontando la sua relazione con il quark top.

"La relazione tra Higgs e il quark top è particolarmente interessante perché il quark top è la particella più massiccia mai scoperta, " ha detto McBride. "Come il 'datore di massa, ' il bosone di Higgs dovrebbe essere enormemente affezionato al quark top."

Poiché il quark top è molto più massiccio del bosone di Higgs, è impossibile che un bosone di Higgs decada in una coppia di quark top. Per fortuna, c'è un altro modo per misurare quanto fortemente il bosone di Higgs si accoppia ai quark top:cercando il raro caso di produzione simultanea di quark top e un bosone di Higgs.

"La produzione del bosone di Higgs è rara, ma la produzione di Higgs con i quark top è la più rara di tutte, pari a solo circa l'1% degli eventi del bosone di Higgs prodotti all'LHC, " ha detto Chris Neu, un fisico dell'Università della Virginia che ha lavorato a questa analisi.

In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Lettere di revisione fisica , gli scienziati dell'esperimento CMS riferiscono di aver osservato un'abbondanza statisticamente significativa di eventi in cui il bosone di Higgs viene prodotto in associazione con due quark top. Il risultato CMS per questo raro processo di modello standard con un significato di 5.2 sigma costituisce la prima osservazione che supera la soglia di 5 sigma richiesta dai fisici. L'esperimento ATLAS ha anche presentato un documento sullo stesso fenomeno per la pubblicazione.

Per ottenere questi risultati, l'esperimento CMS ha cercato i bosoni di Higgs in base alle numerose possibili firme che può lasciare nel rivelatore.

"Un quark top decade quasi esclusivamente in un quark bottom e un bosone W, " Neu ha detto. "Il bosone di Higgs, d'altra parte, ha un ricco spettro di modalità di decadimento, compresi i decadimenti a coppie di quark bottom, W bosoni, leptoni tau, fotoni e molti altri. Questo porta a un'ampia varietà di firme in eventi con due quark top e un bosone di Higgs. Abbiamo perseguito ciascuno di questi e combinato i risultati per produrre la nostra analisi finale".

Esplorare ulteriormente la relazione del bosone di Higgs con il quark top potrebbe anche essere una possibile finestra su una nuova fisica, secondo il vicedirettore del Fermilab Joe Lykken.

"Identificare questo accoppiamento ci dirà molto sul comportamento dell'Higgs e su come potrebbe interagire anche con altre particelle che non abbiamo scoperto, come materia oscura, " ha detto Lykken. "Comprendere a fondo come l'Higgs interagisce con le particelle conosciute potrebbe aiutarci a condurre alla fisica oltre il modello standard".