Sei anni dopo la sua scoperta, il bosone di Higgs è stato finalmente osservato decadere in particelle fondamentali note come quark bottom. Il ritrovamento, presentato oggi al CERN dalle collaborazioni ATLAS e CMS al Large Hadron Collider (LHC), è coerente con l'ipotesi che il campo quantistico onnipervadente dietro il bosone di Higgs dia massa anche al quark bottom. Entrambe le squadre hanno presentato oggi i loro risultati per la pubblicazione.

Il modello standard della fisica delle particelle prevede che circa il 60% delle volte un bosone di Higgs decadrà in una coppia di quark bottom, il secondo più pesante dei sei sapori di quark. Testare questa previsione è fondamentale perché il risultato darebbe supporto al Modello Standard, che si basa sull'idea che il campo di Higgs conferisce massa ai quark e ad altre particelle fondamentali, o ne scuoterebbe le fondamenta e indicherebbe una nuova fisica.

Individuare questo comune canale di decadimento del bosone di Higgs è tutt'altro che facile, come ha dimostrato il periodo di sei anni dalla scoperta del bosone. La ragione della difficoltà è che ci sono molti altri modi per produrre quark bottom nelle collisioni protone-protone. Ciò rende difficile isolare il segnale di decadimento del bosone di Higgs dal "rumore" di fondo associato a tali processi. Al contrario, i meno comuni canali di decadimento del bosone di Higgs che sono stati osservati al momento della scoperta della particella, come il decadimento di una coppia di fotoni, sono molto più facili da estrarre dallo sfondo.

Per estrarre il segnale, le collaborazioni ATLAS e CMS combinano ciascuna i dati della prima e della seconda esecuzione di LHC, che ha comportato collisioni ad energie di 7, 8 e 13 TeV. Hanno quindi applicato ai dati metodi di analisi complessi. Il risultato, sia per ATLAS che per CMS, è stata la rilevazione del decadimento del bosone di Higgs ad una coppia di quark bottom con un significato che supera le 5 deviazioni standard. Per di più, entrambi i team hanno misurato un tasso di decadimento coerente con la previsione del modello standard, entro l'attuale precisione della misurazione.

"Questa osservazione è una pietra miliare nell'esplorazione del bosone di Higgs. Dimostra che gli esperimenti ATLAS e CMS hanno raggiunto una profonda comprensione dei loro dati e un controllo degli sfondi che supera le aspettative. ATLAS ha ora osservato tutti gli accoppiamenti del bosone di Higgs al quark pesanti e leptoni di terza generazione, nonché tutti i principali modi di produzione, " ha detto Karl Jakobs, portavoce della collaborazione ATLAS.

"Dalla prima osservazione in singolo esperimento del decadimento del bosone di Higgs in tau-leptoni un anno fa, CMS, insieme ai nostri colleghi di ATLAS, ha osservato l'accoppiamento del bosone di Higgs con i fermioni più pesanti:il tau, il quark superiore, e ora il quark bottom. Le superbe prestazioni di LHC e le moderne tecniche di apprendimento automatico ci hanno permesso di raggiungere questo risultato prima del previsto, " ha detto Joel Butler, portavoce della collaborazione CMS.

Con più dati, le collaborazioni miglioreranno la precisione di queste e altre misurazioni e sonderanno il decadimento del bosone di Higgs in una coppia di fermioni molto meno massicci chiamati muoni, osservando sempre le deviazioni nei dati che potrebbero indicare la fisica oltre il modello standard.

"Gli esperimenti continuano a concentrarsi sulla particella di Higgs, che è spesso considerato un portale per la nuova fisica. Questi bellissimi e primi risultati sottolineano anche i nostri piani per l'aggiornamento dell'LHC per aumentare sostanzialmente le statistiche. È stato ora dimostrato che i metodi di analisi raggiungono la precisione richiesta per l'esplorazione dell'intero panorama della fisica, inclusa, si spera, una nuova fisica che finora si nasconde così sottilmente, ", ha affermato il direttore del CERN per la ricerca e l'informatica Eckhard Elsen.