Lo studio rivela la produzione del bosone di Higgs off-shell
La ricerca mostra prove per la produzione off-shell del bosone di Higgs usando dati da collisioni.
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Indice
Quest'articolo presenta uno studio sulla produzione off-shell del bosone di Higgs usando dati da collisioni di particelle. I dati sono stati raccolti dal rivelatore ATLAS al Grande Collisionatore di Adroni (LHC), concentrandosi su eventi in cui il bosone di Higgs decade in coppie di altre particelle.
Panoramica dello Studio
La ricerca ha utilizzato un bel po' di dati da collisioni, precisamente 139 fb⁻¹, da collisioni protoni-protoni a un'energia di 13 TeV. L'obiettivo era identificare segni di produzione off-shell del bosone di Higgs, che succede quando il bosone di Higgs non ha abbastanza energia per esistere come particella reale, ma può comunque influenzare altri processi.
L'attenzione era su due canali di decadimento specifici: quelli che portano a stati finali di quattro leptoni. Questi eventi forniscono firme chiare che possono aiutare a separare il segnale di Higgs da altre attività nei dati di collisione.
Metodologia
Per analizzare i dati, i ricercatori hanno applicato tecniche statistiche avanzate. Hanno costruito una firma basata sulla rilevazione di due bosoni Z, che decadono in quattro leptoni. È stato usato un approccio di machine learning, specificamente una rete neurale, per migliorare la sensibilità dell'analisi.
Lo studio mirava a distinguere tra il segnale del bosone di Higgs e il rumore di fondo, che proviene da altre collisioni di particelle che non coinvolgono il Higgs. Usando livelli di significatività statistica, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che l'ipotesi solo di sfondo poteva essere rifiutata con una significatività di 3.3 deviazioni standard, indicando prove di produzione off-shell del bosone di Higgs.
Risultati e Conclusioni
Attraverso l'analisi, i ricercatori sono riusciti a misurare la produzione off-shell del bosone di Higgs. Hanno calcolato la sua larghezza totale, un parametro chiave nella fisica delle particelle, intorno a 4.1 MeV. Inoltre, hanno stabilito limiti superiori sulla sua larghezza totale a 10.5 MeV con un livello di confidenza del 95%.
I risultati sono in linea con precedenti scoperte di altri esperimenti e migliorano la comprensione del bosone di Higgs. Lo studio conclude che non sono state osservate deviazioni significative dalle previsioni del Modello Standard, rafforzando le teorie che attualmente descrivono le interazioni delle particelle.
Contesto del Bosone di Higgs
Il bosone di Higgs, scoperto nel 2012, è una particella fondamentale che gioca un ruolo cruciale nel Modello Standard della fisica delle particelle. La sua presenza aiuta a spiegare perché altre particelle hanno massa. La ricerca del bosone di Higgs e delle sue proprietà è stata un obiettivo centrale nella fisica moderna.
Dalla sua scoperta, i ricercatori si sono concentrati sulla misurazione delle sue varie proprietà, come interagisce con altre particelle e i suoi canali di decadimento. Comprendere il bosone di Higgs aiuta i fisici a indagare la struttura sottostante dell'universo.
Importanza della Produzione Off-Shell
La produzione off-shell è essenziale per studiare il bosone di Higgs, poiché consente ai ricercatori di esplorare scenari in cui il bosone di Higgs potrebbe non essere prodotto direttamente, ma influenza comunque altre interazioni tra particelle. Questo fornisce preziose intuizioni sul funzionamento della fisica delle particelle e aiuta a rifinire i modelli teorici usati per descrivere tali processi.
Il Ruolo dei Rivelatori Avanzati
Il rivelatore ATLAS al LHC è progettato per rilevare un'ampia gamma di particelle risultanti dalle collisioni. Include vari sottosistemi che tracciano e identificano diversi tipi di particelle, permettendo una raccolta dati completa. In questo studio, i dati dal rivelatore ATLAS sono stati cruciali per identificare gli stati finali di quattro leptoni associati al processo di Higgs.
Tecniche di Analisi Statistica
L'analisi ha impiegato Metodi Statistici avanzati, compresi approcci basati sulla probabilità. I ricercatori hanno costruito una funzione di verosimiglianza che considera sia il segnale del bosone di Higgs che il rumore di fondo. Questa funzione viene utilizzata per dedurre la presenza del segnale e stimarne la forza.
Processi di Sfondo
Oltre al segnale del bosone di Higgs, sono stati analizzati vari processi di sfondo. Comprendere questi processi è cruciale, poiché possono mascherare il segnale di Higgs e portare a conclusioni errate. Il principale sfondo in questo studio proviene da processi in cui coppie di bosoni Z sono prodotti senza un contributo del bosone di Higgs.
Direzioni Future
Lo studio continuo del bosone di Higgs e delle sue proprietà è essenziale per l'avanzamento della fisica delle particelle. I risultati di questa ricerca contribuiscono a una comprensione più ampia del Higgs e del suo ruolo nell'universo.
La ricerca futura potrebbe includere l'esplorazione di altri canali di decadimento, migliorare i metodi di rilevamento e condurre analisi di dati più estese per affinare le misurazioni delle proprietà del bosone di Higgs.
Conclusione
Le prove di produzione off-shell del bosone di Higgs presentate in questo studio si aggiungono al corpo di conoscenze sul bosone di Higgs. I risultati sono in linea con teorie consolidate e contribuiscono agli sforzi di ricerca in corso per capire la natura fondamentale delle particelle e le loro interazioni nell'universo.
Lo studio sottolinea l'importanza di una continua esplorazione e analisi nel campo della fisica delle alte energie mentre i ricercatori cercano di svelare le complessità dei mattoni fondamentali dell'universo.
Titolo: Evidence of off-shell Higgs boson production from $ZZ$ leptonic decay channels and constraints on its total width with the ATLAS detector
Estratto: This Letter reports on a search for off-shell production of the Higgs boson using 139 $\textrm{fb}^{-1}$ of $pp$ collision data at $\sqrt{s}=$ 13 TeV collected by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The signature is a pair of $Z$ bosons, with contributions from both the production and subsequent decay of a virtual Higgs boson and the interference of that process with other processes. The two observable final states are $ZZ\rightarrow 4\ell$ and $ZZ\rightarrow 2\ell2\nu$ with $\ell = e$ or $\mu$. In the $ZZ\rightarrow 4\ell$ final state, a dense Neural Network is used to enhance analysis sensitivity with respect to matrix element-based discrimination. The background-only hypothesis is rejected with an observed (expected) significance of 3.3 (2.2) standard deviations, representing experimental evidence for off-shell Higgs boson production. Assuming that no new particles enter the production of the virtual Higgs boson, its total width can be deduced from the measurement of its off-shell production cross-section. The measured total width of the Higgs boson is $4.5^{+3.3}_{-2.5}$ MeV, and the observed (expected) upper limit on the total width is found to be 10.5 (10.9) MeV at 95% confidence level.
Autori: ATLAS Collaboration
Ultimo aggiornamento: 2023-12-20 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://arxiv.org/abs/2304.01532
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2304.01532
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.
Si ringrazia arxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.