La chiave per comprendere il bosone di Higgs e il suo ruolo nel Modello Standard è capire come interagisce con le particelle di materia, cioè quark e leptoni. Ci sono tre generazioni di particelle di materia, variando in massa dal più leggero (prima generazione) al più pesante (terza generazione). Sebbene abbiano iniziato ad apparire indizi di interazioni tra leptoni di seconda generazione, i fisici hanno solo confermato sperimentalmente che le masse dei quark più pesanti hanno origine dalle loro interazioni con il campo di Higgs. Finora, quark più leggeri non sono ancora stati osservati interagire con il bosone di Higgs.

Questa settimana, i fisici dell'esperimento ATLAS al CERN hanno rilasciato una nuova ricerca diretta sul decadimento del bosone di Higgs per incantare i quark. L'osservazione di questo decadimento darebbe ai fisici una nuova visione della relazione del bosone di Higgs con la seconda generazione di particelle di materia. Ulteriore, misurare la forza (o "l'accoppiamento") dell'interazione del bosone di Higgs con il quark charm potrebbe dare ai fisici un'idea di nuovi processi fisici.

Ma individuare questo decadimento si è rivelato una vera sfida. Rappresenta solo il 3% dei decadimenti del bosone di Higgs del modello standard e, ma ancora più importante, la sua ricerca è fortemente dominata da processi in background. Per il loro nuovo risultato, I ricercatori di ATLAS hanno iniziato identificando gli eventi di collisione con getti di particelle originati dall'adronizzazione dei quark charm. Hanno usato un nuovo metodo di classificazione multivariato, che taggherebbe gli adroni con particolari proprietà, in particolare la loro lunghezza di decadimento dal punto di collisione di LHC. Quindi, per massimizzare la sensibilità del loro risultato al segnale, i ricercatori hanno classificato questi eventi in base a quelli contenenti uno o due tag charm-quark.

Per sopprimere ulteriormente gli sfondi da altri processi fisici, I fisici di ATLAS hanno mirato la loro ricerca ai bosoni di Higgs prodotti insieme a un bosone vettore (VH(cc)), dove il bosone vettore (W o Z) decade a 0, 1, o 2 elettroni o muoni. La distribuzione di massa invariante di-charm, dopo la sottrazione degli sfondi, è mostrato in Figura 2.

I ricercatori hanno convalidato questa strategia di analisi studiando anche eventi con due bosoni vettori che contengono il decadimento di un bosone W in un quark charm (VW(cq) o il decadimento di un bosone Z in due quark charm (VZ(cc)). (cq) il processo è stato misurato con una significatività del segnale di 3,8 sigma, e il processo VZ(cc) con significato del segnale di 2,6 sigma. Entrambe le misurazioni, usando il tag di fascino, sono in accordo con le misurazioni di precisione degli esperimenti precedenti.

I fisici non hanno trovato alcun segno significativo del decadimento del bosone di Higgs per incantare i quark; il risultato è stato utilizzato per impostare un limite al tasso del processo VH(cc) (al livello di confidenza del 95%) per essere 26 volte il tasso previsto nel Modello Standard. Questo limite ha anche permesso ai fisici di ATLAS di dare, per la prima volta, un'interpretazione significativa dell'accoppiamento Higgs-fascino.

La nuova ricerca diretta di ATLAS per i decadimenti del bosone di Higgs per incantare i quark vincola il valore assoluto dell'accoppiamento modificato (al livello di confidenza del 95%) ad essere, al massimo, un fattore 8,5 dal valore previsto nel Modello Standard. Dopo aver osservato l'accoppiamento del bosone di Higgs con i quark più pesanti, I fisici di ATLAS stanno ora espandendo la loro esplorazione dell'accoppiamento del bosone di Higgs con i quark più leggeri.