Avancées récentes dans la recherche sur le boson de Higgs
De nouvelles mesures de la production du boson de Higgs à partir de collisions à haute énergie donnent des aperçus clés.
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Table des matières
Le boson de Higgs est une particule fondamentale dans le domaine de la physique des particules. Il joue un rôle crucial dans notre compréhension de la façon dont les particules acquièrent leur masse. La recherche et la mesure des propriétés du boson de Higgs ont été au cœur des préoccupations des scientifiques au Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN. Cet article discute des mesures récentes de la production de Bosons de Higgs grâce à des collisions protons-protons à haute énergie.
Production de Bosons de Higgs
Le boson de Higgs peut être produit par divers processus lors de collisions à haute énergie. Dans cette étude, on se concentre sur deux canaux de désintégration principaux : les désintégrations di-photon et les désintégrations à quatre leptons du boson de Higgs. Ces canaux sont intéressants à cause de leurs signaux clairs et des excellentes capacités de détection offertes par le Détecteur ATLAs.
Configuration Expérimentale
Le Détecteur ATLAS
Le détecteur ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) est conçu pour explorer un large éventail de sujets en physique et a une structure complexe. Il comprend plusieurs composants qui travaillent ensemble pour identifier et mesurer les particules produites dans les collisions. Ces composants incluent :
- Détecteur de Traçage Interne : Détecte les trajectoires des particules chargées.
- Calorimètres : Mesurent l'énergie des particules électromagnétiques et hadroniques.
- Spectromètre à Muons : Identifie les muons produits lors des collisions.
Le détecteur ATLAS a un design cylindrique qui lui permet de capter un grand angle solide des trajectoires des particules.
Collecte de Données
En 2022, le LHC a augmenté son énergie de collision à un niveau record de 13,6 TeV. Pendant cette période, ATLAS a collecté une quantité importante de données de collisions, spécifiquement 31,4 fb⁻¹ pour le canal di-photon et 29,0 fb⁻¹ pour le canal à quatre leptons. Ces données sont essentielles pour mesurer la production du boson de Higgs.
Sélection et Analyse des Événements
Canal Di-Photon
Pour le canal di-photon, les événements sont sélectionnés sur la base de la détection de deux candidats photons. Plusieurs étapes sont prises pour assurer la qualité des événements sélectionnés :
- Reconstruction de Photon : Un algorithme de regroupement dynamique est appliqué pour détecter les candidats photons à partir de l'énergie déposée dans le calorimètre électromagnétique.
- Identification de Photon : Des critères sont établis pour différencier les vrais photons et d'autres particules, réduisant le bruit de fond.
- Reconstruction d'Événement : Après avoir identifié les candidats photons, la masse invariante du système di-photon est calculée. Cette masse est cruciale pour confirmer la présence du boson de Higgs.
Les critères de sélection appliqués aux candidats photons aident à s'assurer que les événements étudiés correspondent étroitement aux caractéristiques attendues pour les désintégrations du boson de Higgs.
Canal à Quatre Leptons
Dans le canal de désintégration à quatre leptons, la recherche se concentre sur les événements avec quatre candidats leptons (électrons et muons). Le processus d'analyse est similaire à celui du canal di-photon :
- Reconstruction de Lepton : Les électrons et les muons sont identifiés par leurs dépôts d'énergie et leurs pistes correspondantes dans le détecteur.
- Sélection de Lepton : Les événements sont sélectionnés sur la base de critères spécifiques, incluant la masse des paires de leptons et leur isolation par rapport à d'autres particules.
- Formation de Candidats Higgs : La meilleure combinaison de paires de leptons qui correspond à la masse attendue du boson de Higgs est choisie comme candidate pour la désintégration du Higgs.
Les deux canaux de désintégration exigent une sélection d'événements soigneuse pour maximiser la précision des mesures.
Mesure des Sections Efficaces
La section efficace est un terme utilisé en physique des particules pour décrire la probabilité qu'une interaction particulière se produise, comme la production d'un boson de Higgs. Différentes méthodes sont utilisées pour mesurer la section efficace pour les canaux di-photon et à quatre leptons.
Sections Efficaces Fiduciaires
Les sections efficaces fiduciaires offrent un moyen de mesurer les interactions basées sur un ensemble spécifique de conditions, imitant de près les configurations expérimentales. Les mesures sont ajustées pour tenir compte des biais introduits par les effets du détecteur. Cette approche aide à obtenir des résultats précis représentatifs des processus physiques attendus.
Sections Efficaces Totales
En utilisant les mesures fiduciaires comme base, des calculs sont effectués pour extrapoler vers la section efficace totale pour la production de bosons de Higgs. Cette extrapolation prend en compte les ratios d'acceptation et de désintégration impliqués dans différents canaux de désintégration. L'objectif est de fournir une image complète de la production du boson de Higgs dans des collisions à haute énergie.
Résultats et Discussion
Valeurs Mesurées
Les résultats des mesures indiquent que les sections efficaces fiduciaires observées pour les canaux di-photon et à quatre leptons s'alignent étroitement avec les prédictions faites par le Modèle Standard de la physique des particules. Cet accord renforce la compréhension du boson de Higgs et de son rôle dans les interactions des particules.
Incertitudes Systématiques
Au cours des mesures, plusieurs sources d'incertitude ont été identifiées. Celles-ci incluent :
- Effets du Détecteur : Les variations de performance du détecteur peuvent influencer les événements reconstruits.
- Contributions de Fond : D'autres processus peuvent imiter le signal du Higgs, nécessitant un comptage précis.
- Hypothèses de Modélisation : Les différences dans les modèles théoriques peuvent conduire à des incertitudes dans les sections efficaces prédites.
Traiter ces incertitudes est essentiel pour garantir des résultats fiables. Des méthodes telles que la vérification croisée avec différents ensembles de données et la comparaison des résultats de plusieurs canaux aident à valider les conclusions.
Comparaison avec les Prédictions Théoriques
Les résultats sont cohérents avec les prédictions théoriques pour la production de bosons de Higgs. Cet alignement offre confiance dans la compréhension actuelle de la physique des particules et soutient la validité du Modèle Standard. D'autres investigations sur les éventuelles déviations pourraient révéler de nouvelles physiques au-delà des théories actuelles.
Conclusion
Les mesures de la production de bosons de Higgs dans les canaux di-photon et à quatre leptons fournissent des informations significatives sur les propriétés de cette particule fondamentale. Les données collectées, couplées à des techniques de détection avancées, ont permis aux scientifiques d'obtenir des résultats qui renforcent le cadre théorique actuel en physique des particules. Les expériences en cours et les futures analyses continueront à affiner ces mesures et à explorer les complexités du boson de Higgs et de ses interactions. Au fur et à mesure que notre compréhension s'approfondit, nous pourrions découvrir de nouveaux phénomènes qui pourraient façonner notre connaissance de l'univers.
Remerciements
Un grand merci à toutes les institutions et personnes qui ont contribué au succès de l'expérience ATLAS et au fonctionnement du LHC. Leur soutien a été essentiel pour atteindre ces mesures révolutionnaires en physique des particules.
Titre: Measurement of the $H \to \gamma \gamma$ and $H \to ZZ^* \to 4 \ell$ cross-sections in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13.6$ TeV with the ATLAS detector
Résumé: The inclusive Higgs boson production cross-section is measured in the di-photon and the $ZZ^* \to 4 \ell$ decay channels using 31.4 and 29.0 fb$^{-1}$ of $pp$ collision data respectively, collected with the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s}=13.6$ TeV. To reduce the model dependence, the measurement in each channel is restricted to a particle-level phase space that closely matches the channel's detector-level kinematic selection, and it is corrected for detector effects. These measured fiducial cross-sections are $\sigma_{\mathrm{fid},\gamma \gamma} = 76^{+14}_{-13}$ fb, and $\sigma_{\mathrm{fid},4 \ell} = 2.80 \pm 0.74$ fb, in agreement with the corresponding Standard Model predictions of $67.6 \pm 3.7 $ fb and $3.67 \pm 0.19 $ fb. Assuming Standard Model acceptances and branching fractions for the two channels, the fiducial measurements are extrapolated to the full phase space yielding total cross-sections of $\sigma(pp \to H) = 67^{+12}_{-11}$ pb and $46 \pm 12$ pb at $13.6$ TeV from the di-photon and $ZZ^* \to 4 \ell$ measurements respectively. The two measurements are combined into a total cross-section measurement of $\sigma(pp \to H)= 58.2 \pm 8.7$ pb, to be compared with the Standard Model prediction of $\sigma(pp \to H)_\mathrm{SM} = 59.9 \pm 2.6 $ pb.
Auteurs: ATLAS Collaboration
Dernière mise à jour: 2024-02-22 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2306.11379
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2306.11379
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.
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