Lors de la 50e session des « Rencontres de Moriond », à La Thuile (Italie), ATLAS et CMS ont présenté pour la première fois une combinaison de leurs résultats sur la masse du boson de Higgs. La masse combinée du boson de Higgs est mH = 125.09 ± 0.24 (0.21 stat. ± 0.11 syst.) GeV, ce qui correspond à une précision de mesure supérieure à 0,2 %. Le boson de Higgs est un élément essentiel du Modèle standard de la physique des particules, théorie qui décrit l'ensemble des particules élémentaires connues et leurs interactions. Dans ce modèle, le mécanisme de Brout-Englert-Higgs, qui a amené à prédire l'existence du boson de Higgs, donne leur masse à toutes les particules élémentaires. La mesure annoncée est la mesure la plus précise à ce jour de la masse du boson de Higgs et l'une des mesures les plus précises jamais obtenues au LHC.
Événement candidat boson de Higgs : collisions entre protons dans le détecteur CMS au LHC. Depuis la collision au centre, la particule se désintègre en deux photons (lignes jaunes pointillés et tours vertes) (Image: CMS/CERN)
« La collaboration fait vraiment partie de l'ADN de notre Organisation, a déclaré le Directeur général du CERN, Rolf Heuer. Je suis enchanté de voir tant de brillants physiciens d'ATLAS et de CMS unir leurs forces pour la première fois afin d'obtenir cette mesure importante au LHC ».
Le boson de Higgs se désintègre en nombreuses particules différentes. Pour cette mesure, on a combiné les résultats des deux canaux de désintégration qui révèlent le mieux la masse du boson de Higgs (désintégration du boson de Higgs en deux photons et en quatre leptons, ces leptons étant en l'occurrence des électrons ou des muons). Chaque expérience a détecté quelques centaines d'événements dans le canal Higgs-2 photons et quelques dizaines dans le canal Higgs-4 leptons, en utilisant les données recueillies au LHC en 2011 et 2012 à des énergies de 7 et 8 TeV dans le centre de masse, après analyse d'environ 4 millions de milliards de collisions proton-proton. Les deux collaborations ont travaillé ensemble sur les analyses et la combinaison de celles-ci, avec la participation active des spécialistes des analyses et des différentes parties des détecteurs qui ont joué un rôle essentiel dans cette mesure.
Événement candidat boson de Higgs : collisions entre protons dans le détecteur ATLAS au LHC. Depuis la collision au centre, une particule se désintègre en quatre muons (pistes rouges) (Image: ATLAS / CERN)
Le Modèle standard ne prédit pas la masse du boson de Higgs. Celle-ci doit donc être mesurée d'une manière expérimentale. Toutefois, une fois déterminée la masse du boson de Higgs, il est possible, dans le cadre du Modèle standard, d'effectuer des prédictions pour toutes les autres propriétés du boson de Higgs, lesquelles pourront ensuite être vérifiées par les expériences. Cette mesure combinée de la masse représente une première étape vers d'autres mesures combinées des propriétés du boson de Higgs, qui devront s'appuyer également sur les autres modes de désintégration.
« Alors que nous nous apprêtons à redémarrer le LHC, nous ne pouvons qu'être admiratifs en voyant le degré de précision déjà obtenu par les deux expériences, de même que la compatibilité de leurs résultats. Voilà qui est très prometteur en vue de la deuxième exploitation du LHC » a déclaré le Directeur de la recherche du CERN, Sergio Bertolucci.
Ce résultat est attribuable au travail conjoint de physiciens des collaborations d'ATLAS et de CMS, représentant au total plus de 5 000 scientifiques de plus de 50 pays différents.
Jusqu'à présent, les mesures toujours plus précises des deux expériences ont établi que toutes les propriétés observées du boson de Higgs, à savoir son spin, sa parité et ses interactions avec les autres particules, concordent avec celles du boson de Higgs du Modèle standard. Avec les autres résultats combinés des deux expériences concernant le Higgs qui seront extraits de la première exploitation du LHC, et les collisions supplémentaires, de plus haute énergie, qui seront produites lors de la deuxième exploitation du LHC, les scientifiques espèrent améliorer encore la précision de la mesure de la masse du boson de Higgs et étudier plus finement les propriétés de cette particule. Au cours de la deuxième exploitation du LHC, les deux expériences pourront combiner rapidement leurs résultats et accroître ainsi la sensibilité du LHC à des effets susceptibles d'indiquer une nouvelle physique au-delà du Modèle standard.
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