Il bosone di Higgs, scoperto al Large Hadron Collider (LHC) nel 2012, ha un ruolo singolare nel Modello Standard della fisica delle particelle. Degna di nota è l'affinità del bosone di Higgs con la massa, che può essere paragonata alla carica elettrica per un campo elettrico:maggiore è la massa di una particella fondamentale, maggiore è la forza della sua interazione, o "accoppiamento, " con il bosone di Higgs. Le deviazioni da queste previsioni potrebbero essere un segno distintivo della nuova fisica in questa parte ancora poco esplorata del Modello Standard.

Gli accoppiamenti del bosone di Higgs si manifestano nella velocità di produzione del bosone di Higgs all'LHC, e i suoi rapporti di ramificazione di decadimento in vari stati finali. Questi tassi sono stati misurati con precisione dall'esperimento ATLAS al CERN, utilizzando fino a 80 fb ^–1 di dati raccolti a un'energia di collisione protone-protone di 13 TeV dal 2015 al 2017. Le misurazioni sono state eseguite in tutti i principali canali di decadimento del bosone di Higgs:a coppie di fotoni, bosoni W e Z, quark inferiori, taus, e muoni. Il tasso di produzione complessivo del bosone di Higgs è stato misurato per essere in accordo con le previsioni del Modello Standard, con un'incertezza dell'8%. L'incertezza è ridotta dall'11% nelle precedenti misurazioni combinate pubblicate lo scorso anno.

Le misurazioni sono suddivise in modalità di produzione (assumendo rapporti di ramificazione del decadimento del modello standard), come mostrato nella Figura 1. Tutte e quattro le principali modalità di produzione sono state ora osservate in ATLAS con un significato di oltre 5 deviazioni standard:la modalità di fusione gluone-gluone di lunga data, la produzione associata alla coppia di quark top recentemente osservata, e l'ultima modalità di fusione dei bosoni deboli, presentato oggi da ATLAS. Insieme all'osservazione della produzione in associazione con un bosone debole e del decadimento H→bb in una misura separata , questi risultati dipingono un quadro completo della produzione e del decadimento del bosone di Higgs.

I fisici possono utilizzare questi nuovi risultati per studiare gli accoppiamenti del bosone di Higgs con altre particelle fondamentali. Questi accoppiamenti sono in eccellente accordo con la previsione del Modello Standard su un intervallo che copre 3 ordini di grandezza in massa, dal quark top (la particella più pesante nel Modello Standard e quindi con la più forte interazione con il bosone di Higgs) ai muoni molto più leggeri (per i quali è stato finora ottenuto solo un limite superiore dell'accoppiamento con il bosone di Higgs).

Le misurazioni sondano anche l'accoppiamento del bosone di Higgs con i gluoni nel processo di produzione della fusione gluone-gluone, che procede attraverso un diagramma ad anello ed è quindi particolarmente sensibile alla nuova fisica. Nel modello standard, il ciclo è mediato principalmente da quark top. Perciò, possibili nuovi contributi fisici possono essere testati confrontando l'accoppiamento gluonico con la misura diretta dell'accoppiamento dei quark top nella produzione del bosone di Higgs in associazione con i quark top, come mostrato in Figura 2.

L'ottimo accordo con il Modello Standard, che si osserva in tutto, può essere utilizzato per impostare limiti rigorosi sui nuovi modelli fisici. Questi si basano su possibili modifiche agli accoppiamenti di Higgs e completano le ricerche dirette eseguite presso l'LHC.