Visualisering av en händelse från tt̄H(γγ)-analysen. Evenemanget innehåller två fotonkandidater (gröna torn), medan b-strålarna visas som gula (blå) koner. Kredit:ATLAS Collaboration/CERN
Under 2018, ATLAS och CMS Collaborations vid CERN tillkännagav observationen av produktionen av Higgs-bosonen i samband med ett topp-kvarkpar, känd som "ttH"-produktion. Detta resultat var den första observationen av Higgs-bosonens koppling till kvarkar. Det följdes kort av observationen av Higgs bosonförfall till bottenkvarkar.
Eftersom endast cirka 1 procent av Higgs-bosonerna produceras i samband med ett topp-kvarkpar vid Large Hadron Collider (LHC), att uppnå denna observation var särskilt utmanande. Det åstadkoms genom att söka över många olika Higgs bosonförfallskanaler, inklusive sönderfall till två W- eller Z-bosoner (WW* eller ZZ*), ett par tau leptoner, ett par b-kvarkar, och ett par fotoner ("difoton"). Deras kombination etablerade ttH-produktion med en signifikans på 6,3 standardavvikelser. Enbart difotonkanalen, använder 80 fb -1 av data som registrerats av ATLAS mellan 2015 och 2017, gav en observerad signifikans på 4,1 standardavvikelser (för 3,7 standardavvikelser som förväntas när man antar att ttH-produktion inträffar enligt standardmodellen).
ATLAS Collaboration presenterade en uppdaterad mätning av ttH-produktion i difotonkanalen. Resultatet undersöker hela Run 2-datauppsättningen – 139 fb -1 samlat in mellan 2015 och 2018 – för att observera ttH-produktion i en enda kanal med en signifikans på 4,9 standardavvikelser (för 4,2 förväntat).
ttH-signalen i difoton-invariant masspektrum. Händelser från de olika analyskategorierna viktas efter kategorikänsligheten för ttH-signalen. ttH-signalen manifesterar sig som en lokaliserad resonansbula i den röda kurvan, representerar anpassningen till data för signalen och bakgrundsformerna. De andra Higgs produktionslägen ger ett litet bidrag till resonantstoppen, som visas av den gröna streckade linjen. Kredit:ATLAS Collaboration/CERN
Analysteknikerna som användes i det nya resultatet följde nära de som användes i den tidigare publicerade analysen – med några få undantag. För att klara av 2018 års intensiva datainsamlingsförhållanden, ATLAS-fysiker reviderade sina datakalibrerings- och urvalsmekanismer. Särskilt, resultatet använder en reviderad procedur för att differentiera fotoner som uppstår, till exempel, från ett Higgs bosonförfall från de som induceras av hadronstrålar, samt en anpassad fotonenergikalibrering. Dessutom, ATLAS implementerade en ny kalibrering för hadronjets, speciellt för de som kommer från bottenkvarkar, vars närvaro i händelsen används för att identifiera förfallet av toppkvarkar.
ttH-tvärsnittet gånger Higgs-till-difotonförgreningsfraktionen (sannolikheten att en Higgs-boson kommer att sönderfalla till ett fotonpar) uppmättes till 1,58 ± 0,39 fb. Dess förhållande till standardmodellens förutsägelse är 1,38 ± 0,41, i samförstånd med enighet.
ATLAS arbetar nu med att utöka analysen av difotonkanalen – som är känslig både för ttH och andra Higgs produktionslägen – till hela Run 2-datauppsättningen. Denna kompletta difotonmätning kommer att möjliggöra ett ännu känsligare test av Higgs-mekanismen, och kommer att förfina ttH-mätningen ytterligare.
