Higgs -fältet är som ett oändligt hav genom vilket all materia simmar. Vissa partiklar är som svampar och suger upp massan när de timrar längs, medan andra är lika pigga som små flickor och pilar rakt igenom.

Higgs -teorin är en vackert enkel förklaring till varför vissa partiklar är massiva medan andra inte är det. Men inte alla förutsägelser av Higgsteorin har testats experimentellt än. Det är därför som forskare på CMS-experimentet vid Large Hadron Collider lägger Higgs-bosonen under ett mikroskop och försöker avgöra hur den passar in i det känsliga ekosystemet av partiklar.

"Vi vet att Higgs interagerar med massiva kraftbärande partiklar, som W boson, för det var så vi ursprungligen upptäckte det, " sa forskaren Patty McBride från det amerikanska energidepartementets Fermi National Accelerator Laboratory, som stöder hundratals amerikanska forskares forskning om CMS -experimentet. "Nu försöker vi förstå dess relation till fermioner."

Fermioner är partiklar som klickar ihop för att bilda den osynliga byggnadsställningen inuti atomer. Bosoner, å andra sidan, är den fysiska manifestationen av krafter och utför uppgifter som att limma ihop fermioner.

I juni 2014, forskare om CMS-experimentet publicerade en artikel i Natur visar att Higgs -bosonen har ett förhållande till fermioner genom att mäta den hastighet med vilken det sönderfaller till tau leptoner, en tyngre kusin till elektronen. Senare, både CMS- och ATLAS-experimenten fann bevis på att Higgs-bosonen sönderfaller till bottenkvarkar. Nu, forskare hanterar sitt förhållande till toppkvarken.

"Förhållandet mellan Higgs och toppkvarken är särskilt intressant eftersom toppkvarken är den mest massiva partikel som någonsin upptäckts, "Sa McBride." Som 'givare av massa, "Higgs boson borde vara enormt förtjust i toppkvarken."

Eftersom toppkvarken är mycket mer massiv än Higgs boson, det är omöjligt för en Higgs-boson att förfalla till ett par toppkvarkar. Lyckligtvis, det finns ett annat sätt att mäta hur starkt Higgs-bosonen kopplar till toppkvarkar:letar efter det sällsynta fallet med samtidig produktion av toppkvarkar och en Higgs-boson.

"Higgs bosonproduktion är sällsynt - men Higgs -produktion med toppkvarkar är sällsynt av dem alla, uppgår till endast cirka 1 procent av Higgs boson -händelserna som producerades vid LHC, "sa Chris Neu, en fysiker vid University of Virginia som arbetade med denna analys.

I ett papper publicerat idag i tidningen Fysiska granskningsbrev , forskare på CMS-experimentet rapporterar att de observerar ett statistiskt signifikant överflöd av händelser där Higgs-bosonen produceras i samband med två toppkvarkar. CMS -resultatet för denna sällsynta standardmodellprocess med en betydelse på 5,2 sigma utgör den första observationen som överskrider de 5 sigmatrösklar som fysiker kräver. ATLAS -experimentet har också lämnat in en uppsats om samma fenomen för publicering.

För att få dessa resultat, CMS -experimentet letade efter Higgs -bosoner baserat på de många möjliga signaturer som det kan lämna efter sig i detektorn.

"En toppkvark förfaller nästan uteslutande till en bottenkvark och en W boson, "Neu sa." Higgs boson, å andra sidan, har ett rikt spektrum av sönderfallslägen, inklusive sönderfall till par med bottenkvarkar, W bosoner, tau leptoner, fotoner och flera andra. Detta leder till en mängd olika signaturer i händelser med två toppkvarkar och en Higgs boson. Vi följde var och en av dessa och kombinerade resultaten för att producera vår slutliga analys."

Att utforska Higgs bosons förhållande till toppkvarken ytterligare kan också vara ett möjligt fönster till ny fysik, enligt Fermilabs biträdande direktör Joe Lykken.

"Att fästa den här kopplingen kommer att berätta mycket om Higgs beteende och hur den också kan interagera med andra partiklar som vi inte har upptäckt, som mörk materia, "Lykken sa." Att djupt förstå hur Higgs interagerar med kända partiklar kan hjälpa oss att leda till fysik bortom standardmodellen. "