Il bosone di Higgs è stato scoperto nel 2012 dagli esperimenti ATLAS e CMS del CERN, ma il suo accoppiamento con altre particelle rimane un enigma.

Fortunatamente, l'LHC fornisce molte finestre nella misurazione degli accoppiamenti del bosone di Higgs. Ci sono quattro modi principali per produrre il bosone di Higgs:attraverso la fusione di due particelle gluoniche (gluon-fusion, o ggF), attraverso la fusione di bosoni vettori deboli (VBF), o in associazione con un bosone W o Z (VH), o uno o più quark top (ttH+tH). Ci sono anche cinque canali principali in cui i bosoni di Higgs possono decadere:in coppie di fotoni, bosoni W o Z, leptoni tau o quark b. Ciascuno di questi processi porta intuizioni uniche sulle proprietà del bosone di Higgs.

Grazie alle quantità senza precedenti di bosoni di Higgs prodotti all'LHC, tutti i suddetti modi di produzione e decadimento sono stati ora osservati. In un nuovo risultato presentato dalla collaborazione ATLAS, utilizzando i dati raccolti fino al 2017, le misurazioni per ciascuno di questi processi hanno raggiunto la soglia di significatività di cinque deviazioni standard, oltre il quale la loro esistenza si considera accertata.

I rendimenti del bosone di Higgs per la maggior parte delle combinazioni di produzione e decadimento sono stati misurati (vedi figura) e si è scoperto che concordano con le previsioni del modello standard. La misura delle sezioni d'urto per ogni modalità di produzione nelle collisioni protone-protone a 13 TeV, assumendo che i decadimenti avvengano come previsto dal Modello Standard, sono i più precisi ottenuti fino ad oggi.

I fisici hanno anche iniziato a esplorare il puzzle del bosone di Higgs in un modo nuovo. Nelle ultime analisi, invece di contare i bosoni di Higgs inclusi nei principali modi di produzione e decadimento, I fisici di ATLAS hanno misurato le topologie del bosone di Higgs separatamente per regioni più piccole dello spazio delle fasi:diversi intervalli di momento trasversale del bosone di Higgs, numero di getti associati, e numeri e proprietà cinematiche dei bosoni deboli associati e dei quark top. Usando questi pezzi di puzzle più piccoli, chiamate "sezioni trasversali modello semplificate" (STXS), consente ai fisici di separare meglio il processo di misurazione dall'interpretazione in termini di proprietà teoriche. In definitiva, fornisce un quadro più dettagliato degli accoppiamenti dei bosoni di Higgs all'LHC e test più rigorosi del Modello Standard.

Tra le regioni STXS considerate nell'analisi, alcuni sono già stati misurati con buona precisione all'LHC, ma finora non è stata osservata alcuna deviazione dal Modello Standard. Queste misurazioni consentono ai fisici di migliorare ulteriormente la sensibilità sulle proprietà di accoppiamento del bosone di Higgs con le altre particelle elementari. Ulteriore, hanno posto dei vincoli alle nuove teorie fisiche, come il "modello del doppietto di due Higgs", che introduce ulteriori bosoni di Higgs, e il modello supersimmetrico hMSSM – che sono più rigorosi di quelli riportati in precedenza da ATLAS.

Queste misurazioni continueranno a migliorare man mano che vengono inclusi più dati dalla corsa 2 e successive, fornendo un quadro ancora più preciso delle proprietà del bosone di Higgs.