Кафедра №40

Подтверждена связь между бозоном Хиггса и топ-кварками

Новые результаты экспериментов ATLAS и CMS на БАК показывают, насколько сильно бозон Хиггса взаимодействует с самой тяжелой известной нам фундаментальной частицей, топ-кварком, подтверждая наше понимание Хиггса и устанавливая ограничения на новую физику.

Бозон Хиггса взаимодействует только с самыми тяжелыми частицами - это было обнаружено в его распаде на два безмассовых фотона. Квантовая механика позволяет Хиггсу на очень короткое время флуктуировать в топ-кварк и топ анти-кварк, которые впоследствии аннигилируют, образуя пару фотонов. Вероятность возникновения этого процесса зависит от силы взаимодействия (константы связи) между бозоном Хиггса и топ кварками. Измерение этой вероятности позволяет нам не напрямую определить значение константы связи между Хиггсом и топ-кварком. Однако не обнаруженные тяжелые частицы из области новой физики могут так же участвовать в подобном распаде и влиять на результаты. Именно поэтому бозон Хиггса рассматривают как окно в новую физику.

Более прямым проявлением взаимодействия Хиггса и топ кварка является испускание бозона Хиггса парой топ-антитоп кварков. Результаты, представленные сегодня на конференции LHCP в Болонье (Италия), описывают наблюдение так называемого процесса “ttH рождения”. Результаты коллаборации CMS, со статистической значимостью, впервые превысившей пять стандартных отклонений (что считается золотым стандартом), были опубликованы в журнале Physical Review Letters. Коллаборация ATLAS только что отправила новые результаты (с большим количеством данных с текущего периода работы БАК) с большей статистической значимостью на публикацию. Вместе эти результаты являются большим шагом в сторону нашего понимания свойств бозона Хиггса. Результаты исследований этих двух экспериментов согласуются друг с другом и со Стандартной Моделью и дают нам новые указания на то, где надо искать новую физику.

“Данные измерения коллабораций CMS и ATLAS ясно показывают, что бозон Хиггса играет ключевую роль в большом значении массы топ-кварка. Несмотря на то, что этот факт является ключевой особенностью Стандартной Модели, это первый случай экспериментального подтверждения с ошеломляющей статистической значимостью”, - сказал Карл Якобс, представитель коллаборации ATLAS.

“Группы исследователей эксперимента CMS, а также их коллеги из эксперимента ATLAS, применили новые подходы и передовые методики анализа данных, чтобы достичь этого рубежа. Когда ATLAS и CMS закончат набирать данные в ноябре 2018 года, у нас будет достаточное количество событий, чтобы установить более строгие ограничения на предсказания ttH процесса в Стандартной Модели и, возможно, увидеть что-то новое”, - заявил Джоэл Батлер, представитель коллаборации CMS.

Изучение данного процесса является сложной задачей, поскольку он очень редкий: только 1% бозонов Хиггса рождается ассоциативно с двумя топ-кварками; в остальных случаях Хиггс и топ-кварки распадаются на другие частицы через множество других сложных способов (мод распада). Используя данные протон-протонных столкновений, полученных при энергиях 7, 8 и 13 ТэВ, команды ATLAS и CMS провели несколько независимых поисков ttH процессов, каждый из которых был сфокусирован на различных модах распада Хиггса (на W бозоны, Z бозоны, фотоны, тау лептоны и струи нижних кварков). Для того чтобы максимизировать чувствительность к

сложнонаблюдаемому сигналу ttH процесса, каждый эксперимент впоследствии объединил результаты всех поисков.

Замечательным фактом является то, что такие данные получены за столь недолгое время работы БАК. Это связано с великолепной производительностью БАК и детекторов ATLAS и CMS, использованием передовых методик анализа и включением всех возможных конечных состояний в анализ. Однако точность измерений оставляет возможность наличия вклада от новой физики. В ближайшие годы два эксперимента наберут ещё большее количество данных и увеличат точность, чтобы увидеть, сможет ли Хиггс открыть наличие физики за пределами Стандартной Модели.

“Превосходная производительность БАК и улучшенные в ходе освоения этого сложного анализа экспериментальные средства привели к великолепным результатам”, - добавил руководитель отдела исследований и вычислений ЦЕРН Экхард Элсен. “Это так же показывает, что мы находимся на верном пути в наших планах по улучшению БАК для высокой светимости и физических результатах, которые может принести БАК после планируемых апгрейдов.”

Больше информации (английский язык):

  1. На портале CMS
  2. На портале ATLAS
  3. Видео о результатах

Источник материала: пресс-центр ЦЕРН

Перевод: Смирнов Никита

Редакция: Козлова Екатерина

Событие-кандидат на процесс образования пары топ-антитоп кварков вместе с бозоном Хиггса на эксперименте CMS. Хиггс распадается на τ+ лептон, который в свою очередь распадается на адроны и τ- лептон, который распадается на электрон. Продукты распада указаны синим цветом. Топ-кварк распадается на три струи (брызги более лёгких частиц), которые указаны фиолетовым цветом. Одна из струй образуется из нижнего кварка. Топ анти-кварк распадается на мюон и b-струю, указанные красным цветом.

Визуализация события образования ttH(γγ), имеющего BDT (Boosted Decision Trees) интервал с наибольшим отношением сигнала к фону. Событие содержит два фотонных кандидата с дифотонной массой 125.4 ГэВ. Так же событие содержит 6 струй, восстановленных с использованием anti-kt алгоритма с R = 0.4, включая струю от нижнего кварка, восстановленные с эффективностью в 77%. Фотоны соответствуют зелёным башням в электромагнитном калориметре, в то время как струи показаны в виде жёлтых конусов.

04.06.2018