💥 LHC: observation d'une désintégration du boson de Higgs

Publié par Adrien,
Source: CEA IRFU
Autres langues: EN, DE, ES, PT
Restez toujours informĂ©: suivez-nous sur Google ActualitĂ©s (icone ☆)

Depuis la découverte du boson de Higgs en 2012, les physiciens ont fait des progrès considérables dans l'exploration de ses propriétés. Cela signifie-t-il que le sujet est clos ? Loin de là !

Dans de nouveaux résultats présentés lors de la Conférence de la Société Européenne de Physique sur la Physique des Hautes Énergies (EPS-HEP) à Marseille cette année, la collaboration ATLAS s'est concentrée sur une désintégration exceptionnellement rare du boson de Higgs, en utilisant les données collectées lors de la phase 3 (Run-3) du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Cette étude offre des perspectives approfondies sur la manière dont le comportement du boson de Higgs s'aligne avec les prédictions du modèle standard.


Le détecteur ATLAS au Grand collisionneur de hadrons (LHC).
Crédit: CERN

L'équipe ATLAS de l'Irfu possède une longue expérience dans la recherche du boson de Higgs et a apporté une contribution significative à la découverte du boson de Higgs puis à la mesure de ses propriétés. L'équipe est fortement impliquée dans cette analyse de désintégration de boson de Higgs en deux muons, grâce à sa contribution majeure et à son rôle prépondérant dans la reconstruction et l'identification des muons, l'assurance de la qualité des données collectées au Run-3 et les guides d'utilisation pour l'analyse physique.

Cette contribution a permis d'exploiter les données de Run-3 (période de trois ans 2022-2024) et, en combinant avec les données du Run-2 (période 2015-2018), elle a conduit à la mise en évidence de cette désintégration rare.

Le processus étudié est la désintégration du boson de Higgs en une paire de muons (H→μμ). Malgré sa rareté - il ne se produit que dans une désintégration de Higgs sur 5000 - ce processus offre la meilleure opportunité d'étudier l'interaction de Higgs avec les fermions de deuxième génération et de faire la lumière sur l'origine de la masse à travers les différentes générations.



Chercher des aiguilles dans une botte de foin


L'identification de cette désintégration rare est un véritable défi. Pour H→μμ, les chercheurs ont recherché un petit excès d'événements se regroupant près d'une masse de paires de muons de 125 GeV (la masse du boson de Higgs). Ce signal peut être facilement caché derrière les milliers de paires de muons produites par d'autres processus ("bruit de fond").

Pour accroître la sensibilité de leurs recherches, les physiciens d'ATLAS ont combiné les trois premières années de données du Run-3 (165 fb-1, collectées entre 2022 et 2024) avec l'ensemble des données du Run-2 (140 fb-1, de 2015 à 2018). Ils ont également mis au point une méthode sophistiquée pour mieux modéliser les processus d'arrière-plan, classer les événements enregistrés en fonction des modes de production de boson de Higgs spécifiques et améliorer leurs techniques de sélection des événements afin de maximiser la probabilité de repérer les signaux authentiques.

La figure ci-dessous montre la distribution de masse des paires de muons obtenue à partir des données collectées entre 2022 et 2024 et combinées pour toutes les catégories.


Spectre de masse invariante de deux muons de charges opposées observé dans les données du Run-3, pour toutes les catégories d'analyse combinées. Les fonctions de densité de probabilité (pdf) du bruit de fond et du signal sont obtenues à partir de l'ajustement combiné de toutes les catégories aux données du Run-3, correspondant à une intensité de signal de μ = 1,6 ±0,6. Le panneau inférieur montre la pdf de signal ajustée, normalisée à la valeur de meilleur ajustement du signal, et la différence entre les données observées et le modèle de fond. Les barres d'erreur représentent les incertitudes statistiques des données.
Image: ATLAS Collaboration/CERN


Mettre en évidence


Lors de la précédente recherche de H→μμ à l'aide de l'ensemble complet de données du Run-2, la collaboration ATLAS a vu son premier indice de ce processus au niveau de 2 écarts-types (i.e. l'hypothèse que le résultat observé ne soit dû qu'à une fluctuation de bruit de fond et pas à la présence de signal H→μμ est rejetée à deux écarts standards autrement dit correspond à une chance sur environ 22). Le résultat comparable de CMS a atteint une signification observée (attendue) de 3 (2,5) écarts-types.

Aujourd'hui, avec les ensembles de données combinés Run-2 et Run-3, la collaboration ATLAS a mis en évidence le processus H→μμ avec une signification observée (attendue) par rapport à l'hypothèse du fond seul de 3,4 (2,5) écarts-types. Cela signifie que la probabilité que le résultat soit une fluctuation statistique est inférieure à une chance sur 1500 !

Ces résultats ont été rendus possibles grâce à l'excellent et vaste ensemble de données fourni par le LHC, à l'efficacité et aux performances exceptionnelles de l'expérience ATLAS et à l'utilisation de nouvelles techniques d'analyse. Avec davantage de données à l'horizon, le voyage d'exploration se poursuit !
Page générée en 0.379 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
A propos - Informations légales
Version anglaise | Version allemande | Version espagnole | Version portugaise