De nouveaux résultats des collaborations ATLAS et CMS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN offrent une allusion alléchante à l’interaction des bosons de Higgs les uns avec les autres, un processus qui pourrait révéler si l’image de l’Univers du modèle standard est complète.
La découverte du boson de Higgs en 2012 au LHC a marqué le début d’une nouvelle ère en physique des particules.
Depuis lors, les chercheurs du LHC ont étudié et mesuré la façon dont le boson de Higgs interagit avec d’autres particules, un mécanisme important par lequel ces particules acquièrent leur masse.
Cependant, les physiciens n’ont pas encore observé l’interaction du boson de Higgs avec lui-même.
Comprendre ce processus permettrait non seulement de tester les limites du modèle standard, notre meilleure théorie actuelle en physique des particules, mais aiderait également à déterminer si le vide de notre Univers est stable.
Le principal défi des études sur la production du double Higgs est que le processus est incroyablement rare.
Le taux exact de production reste encore à déterminer, mais d’après les prévisions du modèle standard, les physiciens peuvent s’attendre à ce que pour environ 1 500 bosons de Higgs produits lors de collisions au LHC, une seule paire de bosons de Higgs soit produite.
Pour rechercher une production de double Higgs, les équipes ATLAS et CMS recherchent des signes de désintégration des deux bosons de Higgs en d’autres particules.
Les physiciens ont étudié un canal de désintégration particulier dans lequel l’un des bosons de Higgs se désintègre en un quark et un antiquark bottom, et l’autre en une particule tau et son antiparticule. C’est l’une des meilleures façons d’étudier la production du double Higgs.
Ils avaient déjà recherché une production de double Higgs en utilisant les données des précédentes exploitations du LHC.
Désormais, en combinant ces données avec la troisième exploitation la plus récente du LHC et en déployant de nouvelles techniques d’apprentissage automatique pour leur analyse, les chercheurs ont pu mener une recherche encore plus sensible du double Higgs issu de la désintégration de la particule en deux quarks bottom et deux particules tau.
Ils ont identifié plus d’événements qu’auparavant qui semblent cohérents avec une production de double Higgs, mais toujours pas suffisamment d’événements pour observer le processus.
Cependant, ils ont pu imposer de nouvelles contraintes sur le taux de production du double Higgs.
L’équipe ATLAS constate un excès d’écart type de 2,6 par rapport à ce qui serait attendu sans une production double du Higgs.
En d’autres termes, les données suggèrent que des paires de bosons de Higgs sont en train d’être produites, même si le signal n’est pas encore assez fort pour une observation.
L’équipe CMS a exclu les taux de production du double Higgs qui sont plus de quatre fois supérieurs à la prévision actuelle du modèle standard.
Les deux collaborations ont également fixé des limites au paramètre d’auto-couplage du Higgs, qui détermine la force avec laquelle le boson de Higgs interagit avec un autre boson de Higgs.
« Ces résultats sont un signe prometteur pour les analyses à venir combinant l’ensemble des données des Run 2 et Run 3 du LHC et tous les modes de désintégration, qui pourraient fournir une image intéressante de la production de bosons doubles de Higgs », ont déclaré les scientifiques.
« À plus long terme, le LHC à haute luminosité augmentera le nombre de collisions, permettant aux expériences d’enregistrer environ six fois plus de données, ce qui les rapprochera encore davantage de l’observation de la production de bosons doubles de Higgs. »
