Recherche des bosons de Higgs lourds au LHC

Des recherches récentes se sont concentrées sur la recherche de Bosons de Higgs lourds qui se désintègrent en paires de quarks top. Cette recherche a utilisé des données provenant de collisions proton-proton dans un collisionneur à haute énergie, en gros le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Ces collisions ont été mesurées avec un détecteur connu sous le nom d'ATLAS, qui est conçu pour étudier les particules produites lors d'expériences de physique des hautes énergies.

#Contexte

Les bosons de Higgs sont des particules qui sont importantes pour comprendre comment d'autres particules acquièrent leur masse. Le Modèle Standard de la physique des particules prédit l'existence de ces particules, mais de nouvelles théories suggèrent qu'il pourrait y avoir des types supplémentaires de bosons de Higgs, comme les bosons de Higgs scalaires et pseudo-scalaires. Cette recherche vise à en savoir plus sur ces bosons de Higgs supplémentaires et leurs propriétés.

#Méthodologie

#Collecte de données

La recherche impliquait l'analyse de 140 femtobarns de données de collisions collectées par le détecteur ATLAS au LHC. L'accent était mis sur les collisions à une énergie de centre de masse de 13 TeV. Les données ont été collectées sur plusieurs années, de 2015 à 2018.

#Sélection d'événements

Les chercheurs ont cherché des événements spécifiques où un quark top se désintégrait en un lepton et l'autre en hadrons. Deux types principaux d'événements ont été analysés : ceux avec un lepton (canal 1-lepton) et ceux avec deux leptons (canal 2-leptons). L'objectif était d'identifier des événements correspondant aux signatures attendues des désintégrations de bosons de Higgs lourds.

#Techniques d'analyse

Les données ont été analysées en utilisant des algorithmes sophistiqués pour distinguer les événements de signal (ceux qui indiquent la présence de bosons de Higgs) des événements de fond (ceux qui se produisent lors de collisions de particules habituelles). Les chercheurs ont pris en compte plusieurs facteurs, comme les effets d'interférence entre le signal et les processus du Modèle Standard.

#Résultats

#Observations

L'analyse n'a trouvé aucune déviation significative par rapport aux attentes fixées par le Modèle Standard. Ça veut dire qu'en se basant sur les données collectées, il n'y avait pas de preuve claire de l'existence de nouveaux bosons de Higgs lourds.

#Limites d'exclusion

Cependant, les résultats ont permis aux chercheurs d'établir des limites d'exclusion sur les masses des bosons de Higgs scalaires et pseudo-scalaires lourds. Par exemple, des valeurs de masse allant jusqu'à 1240 GeV ont été exclues dans un cadre théorique connu sous le nom de Modèle à deux doublets de Higgs, tandis que d'autres modèles avaient des limites différentes.

#Modèles théoriques

#Modèle à deux doublets de Higgs (2HDM)

Le modèle à deux doublets de Higgs propose qu'il y a deux types de bosons de Higgs. Ce modèle étend le Modèle Standard et prédit des interactions supplémentaires qui peuvent mener à de nouvelles physiques au-delà des interactions de particules connues.

#Modèle Standard Super Symétrique Minimal (MSSM)

L'extension super symétrique minimale du Modèle Standard suggère que chaque particule a une particule partenaire. Ce modèle introduit des bosons de Higgs supplémentaires, qui pourraient potentiellement être détectés dans des collisions à haute énergie.

#Connexions avec la Matière noire

La recherche explore aussi la possibilité que ces nouveaux bosons de Higgs pourraient être liés à la matière noire, qui est une forme mystérieuse de matière qui n'émet pas de lumière et n'est pas directement observable.

#Résumé des découvertes

Malgré des recherches approfondies, les résultats indiquent que l'existence de bosons de Higgs lourds supplémentaires prédit par certains modèles n'est pas soutenue par les données. Les limites fixées sur les masses de ces bosons fournissent des informations importantes pour la recherche future en physique des particules.

#Conclusion

Cette recherche contribue à l'exploration continue de la physique des particules, en particulier concernant le rôle des bosons de Higgs dans la compréhension de l'univers. Les résultats aident à affiner les modèles théoriques et préparent le terrain pour de futures expériences. Bien que aucun nouveau boson de Higgs lourd n'ait été trouvé, les limites d'exclusion établies guideront les chercheurs dans leurs futures études.