Figur 1:Uppmätta tvärsnitt av de viktigaste Higgs bosonproduktionslägena vid LHC, nämligen gluon-gluon-fusion (ggF), svag bosonsmältning (VBF), associerad produktion med en svag vektor boson W eller Z (WH och ZH), och tillhörande produktion med toppkvarkar (ttH och tH), normaliseras till standardmodellprognoser. Osäkerheten för varje mätning (indikerad med felfältet) är uppdelad i statistiska (gula rutan) och systematiska (blå ruta) delar. Teoriosäkerheten (grå ruta) på standardmodellprediktionen (vertikal röd linje vid enhet) visas också. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Higgs boson, upptäcktes vid Large Hadron Collider (LHC) 2012, har en enastående roll i standardmodellen för partikelfysik. Mest anmärkningsvärt är Higgs bosons affinitet till massa, som kan liknas vid den elektriska laddningen för ett elektriskt fält:ju större massan av en grundläggande partikel, ju större styrkan i dess interaktion, eller "koppling, "med Higgs boson. Avvikelser från dessa förutsägelser kan vara ett kännetecken för ny fysik i denna ännu lite utforskade del av standardmodellen.
Higgs bosonkopplingar manifesterar sig i produktionstakten för Higgs boson vid LHC, och dess förfallna förgreningsförhållanden till olika slutliga tillstånd. Dessa hastigheter har exakt mätts med ATLAS -experimentet vid CERN, med upp till 80 fb –1 data som samlats in vid en proton-proton-kollisionenergi på 13 TeV från 2015 till 2017. Mätningar utfördes i alla de viktigaste sönderfallskanalerna i Higgs-bosonen:till fotoner, W och Z bosoner, bottenkvarker, taus, och muoner. Den totala produktionshastigheten för Higgs -bosonen mättes för att överensstämma med standardmodellsprognoser, med en osäkerhet på 8%. Osäkerheten minskas från 11% i de tidigare kombinerade mätningarna som släpptes förra året.
Mätningarna är uppdelade i produktionslägen (förutsatt att förgreningsförhållandena för standardmodellen förfaller), som visas i figur 1. Alla fyra huvudproduktionslägen har nu observerats vid ATLAS med en betydelse av mer än 5 standardavvikelser:det sedan länge etablerade gluon-gluon-fusionsläget, den nyligen observerade associerade produktionen med top-quark-par, och det sista återstående svaga bosonfusionsläget, presenteras idag av ATLAS. Tillsammans med observation av produktionen i samband med en svag boson och av H → bb -förfallet i en separat mätning , dessa resultat målar upp en fullständig bild av Higgs bosonproduktion och förfall.
Figur 2:Förhållanden mellan kopplingsstyrkor till varje partikel. Genom att ta förhållanden, modellantaganden (till exempel om Higgs -bosonets totala bredd) kan minskas avsevärt. Bland alla intressanta tester som utförts, den som jämför gluon-gluon-fusionen och Higgs-bosonproduktionen i samband med toppkvarkar representeras av λtg i diagrammet. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Fysiker kan använda dessa nya resultat för att studera kopplingarna av Higgs -bosonet till andra grundläggande partiklar. Dessa kopplingar överensstämmer utmärkt med standardmodellens förutsägelser över ett intervall som täcker 3 storleksordningar i massa, från toppkvarken (den tyngsta partikeln i standardmodellen och därmed med den starkaste interaktionen med Higgs -bosonet) till de mycket lättare muonerna (för vilka endast en övre gräns för kopplingen med Higgs -bosonen hittills har uppnåtts).
Mätningarna undersöker också kopplingen av Higgs-bosonet till gluoner i gluon-gluon-fusionsprocessen, som går igenom ett loopdiagram och därmed är särskilt känslig för ny fysik. I standardmodellen, slingan förmedlas huvudsakligen av toppkvarker. Därför, möjliga nya fysikbidrag kan testas genom att jämföra gluonkopplingen med den direkta mätningen av toppkvarkkopplingen i Higgs bosonproduktion i samband med toppkvarker, som visas i figur 2.
Det utmärkta avtalet med standardmodellen, som observeras hela tiden, kan användas för att sätta strikta gränser för nya fysikmodeller. Dessa är baserade på möjliga modifieringar av Higgs -kopplingar och kompletterar direkta sökningar som utförs vid LHC.
