Il bosone di Higgs segue tutte le regole stabilite dal Modello Standard? Da quando ha scoperto la particella nel 2012, le collaborazioni ATLAS e CMS hanno lavorato duramente per studiare il comportamento del bosone di Higgs. Qualsiasi osservazione inaspettata potrebbe essere un segno di una nuova fisica oltre il Modello Standard.

Nel modello standard, la forza delle interazioni tra il bosone di Higgs e le particelle di materia (quark e leptoni) è proporzionale alla massa della particella. Nel caso di leptoni carichi, la forza dell'interazione con il bosone di Higgs dovrebbe essere maggiore con la tau, il leptone più pesantemente caricato, e il più piccolo con l'elettrone, il leptone carico più leggero.

Il decadimento del bosone di Higgs in una coppia di elettroni è consentito dal Modello Standard, ma è così straordinariamente raro che non dovrebbe essere osservato dall'esperimento ATLAS al CERN. Per contesto, il bosone di Higgs è intorno ai 40, 000 volte meno probabilità di decadere in elettroni che in muoni, per i quali ATLAS ha presentato solo di recente risultati di ricerca preliminari aggiornati. Se ATLAS osservasse il decadimento del bosone di Higgs in una coppia di elettroni, un processo di nuova fisica dovrebbe essere responsabile.

Il Modello Standard prevede anche che quando il bosone di Higgs interagisce con un leptone carico, il leptone non cambia tipo (o sapore). Così, il bosone di Higgs dovrebbe decadere in una coppia di elettroni, muoni o taus, ma non, Per esempio, sia in un elettrone che in un muone, o un tau e un muone. Tali decadimenti sono noti come "decadimenti che violano il sapore dei leptoni" e compaiono in molte teorie della nuova fisica.

I fisici di ATLAS hanno già cercato due di questi decadimenti, in cui il bosone di Higgs decade in una tau e un elettrone o un muone (H→eτ o H→µτ). La ricerca ha utilizzato tecniche di apprendimento automatico e non ha riscontrato eccessi significativi rispetto allo sfondo previsto. Il risultato ha posto limiti superiori ai rapporti di ramificazione di H→eτ e H→µτ di 0,47 percento e 0,28 percento, rispettivamente, al livello di confidenza del 95%.

Questa settimana, al Simposio Lepton-Photon a Toronto, Canada, la collaborazione ATLAS ha presentato nuove ricerche per due ulteriori decadimenti del bosone di Higgs:in una coppia di elettroni (H→ee), e nella combinazione che viola il sapore di un elettrone e un muone (H→eµ).

La nuova ricerca H→ee è la prima per la collaborazione ATLAS. Questo particolare canale è particolarmente difficile da studiare, poiché si prevede che la maggior parte degli eventi di coppie di elettroni abbia origine dai decadimenti del bosone Z (Z→ee). Il decadimento del bosone di Higgs sarebbe visto come un "urto" nella massa invariante della coppia di elettroni, sopra il grande sfondo Z→ee. I fisici non hanno riscontrato un tale eccesso nei dati e sono stati in grado di fissare un limite superiore al rapporto di ramificazione H→ee dello 0,036 percento al livello di confidenza del 95 percento.

La ricerca di H→eµ è stata eseguita in modo simile, sebbene i processi in background previsti siano più piccoli e provengano da una serie di processi. Come nel caso della ricerca di H→ee, non è stato osservato un eccesso di eventi significativo ed è stato fissato un limite superiore dello 0,006 percento sul rapporto di ramificazione H→eµ al livello di confidenza del 95 percento.

Con queste nuove analisi completate, la collaborazione ATLAS ha ora cercato tutti i possibili decadimenti del bosone di Higgs a due leptoni carichi. Però, il lavoro non è ancora finito, e ATLAS continuerà a studiare a fondo le interazioni dei leptoni carichi con il bosone di Higgs.