Poderia o bóson de Higgs ainda nos surpreender? Desde sua descoberta em 2012, as colaborações ATLAS e CMS no CERN têm estudado ativamente as propriedades desta mais recente e misteriosa adição ao Modelo Padrão de física de partículas.
No Modelo Padrão, o mecanismo Brout-Englert-Higgs prevê que o bóson de Higgs irá interagir com partículas de matéria (quarks e léptons, conhecidos como férmions) com uma força proporcional à massa da partícula. Prevê também que o bóson de Higgs interaja com as partículas transportadoras de força (bósons W e Z) com uma força proporcional ao quadrado da massa da partícula. Portanto, medindo o decaimento do bóson de Higgs e as taxas de produção, que dependem da força de interação para essas outras partículas, os físicos do ATLAS podem realizar um teste fundamental do Modelo Padrão.
Na semana passada, na Conferência da Sociedade Física Européia sobre Física de Alta Energia (EPS-HEP) em Ghent, Bélgica, a Colaboração ATLAS divulgou um novo resultado preliminar em busca do decaimento do bóson de Higgs para um par múon e antimuon (H ? ??). O novo resultado, mais sensível, usa o conjunto de dados completo da Rodada 2, analisando quase o dobro dos eventos do bóson de Higgs que o resultado ATLAS anterior (lançado em 2018, para a conferência da ICHEP).
Tanto o ATLAS quanto o CMS Collaborations já observaram o bóson de Higgs decaindo em tau lepton – o primo mais pesado do múon, pertencente à terceira “geração” de férmions. Como os múons são muito mais leves do que os leptons tau, espera-se que o bóson de Higgs decairá para um par muon cerca de 300 vezes menos do que para um par tau-lepton. Apesar dessa escassez, o decaimento H ? ?? oferece a melhor oportunidade para medir a interação de Higgs com férmions de segunda geração no LHC, fornecendo novos insights sobre a origem da massa para diferentes gerações de férmions.
Experimentalmente, o ATLAS está bem equipado para identificar e reconstruir pares de múons. Combinando as medições do detector interno ATLAS e do espectrômetro de múons, os físicos podem obter uma boa resolução de momento do múon. No entanto, eles também devem levar em conta que múons são criados por um fundo comum: o abundante “processo de Drell-Yan”, onde um par de múons é produzido através da troca de um bóson Z virtual ou um fóton. Para ajudar a diferenciar o sinal H ? ?? deste histórico, as equipes ATLAS usam discriminantes multivariados (árvores de decisão reforçadas), que exploram as diferentes propriedades de produção e decaimento de cada evento. Por exemplo, os eventos do sinal H ? ?? são caracterizados por um sistema de pares de múons mais central e um momento maior no plano transversal aos prótons em colisão.
Para aumentar ainda mais a sensibilidade da pesquisa, os físicos separam os eventos potenciais H ? ?? em várias categorias, cada uma com diferentes proporções de sinal para o fundo esperadas. Eles examinam cada categoria separadamente, estudando a distribuição da massa do par múon dos eventos selecionados. As abundâncias de sinal e de fundo podem então ser determinadas simultaneamente por um ajuste ao espectro de massa, explorando as diferentes formas dos processos de sinal e de fundo. A Figura 2 mostra a distribuição de massa do par de múons resultante combinada em todas as categorias.
No novo resultado ATLAS, nenhum excesso significativo de eventos acima do fundo medido foi observado na região do sinal ao redor da massa do bóson de Higgs de 125 GeV. A significância do sinal observado é de 0,8 desvio padrão para 1,5 desvios padrão esperados do Modelo Padrão. Um limite superior na seção transversal de produção do bóson de Higgs vezes a fração de ramificação para múons foi estabelecido em 1.7 vezes a predição do Modelo Padrão no nível de confiança de 95%. Este novo resultado representa uma melhoria de cerca de 50% em relação aos resultados anteriores do ATLAS.
Publicado em 23/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-atlas-rare-higgs-boson-muon.html
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