Tvärsnitt tidsförgreningsfraktion för Higgs huvudsakliga produktionslägen vid LHC (ggF, VBF, VH och ttH+tH) i varje relevant avklingningsläge (γγ, WW, ZZ, ττ, bb). Alla värden är normaliserade till standardmodellens förutsägelser. Dessutom, de kombinerade resultaten för varje produktionstvärsnitt visas också, antagande av standardmodellvärdena för förgreningsförhållandena i varje avklingningsläge. Kredit:ATLAS Collaboration/CERN
Higgs-bosonen upptäcktes 2012 av ATLAS- och CMS-experimenten vid CERN, men dess koppling till andra partiklar förblir ett pussel.
Lyckligtvis, LHC ger många fönster till mätning av Higgs bosonkopplingar. Det finns fyra huvudsakliga sätt att producera Higgs-bosonen:genom sammansmältning av två gluonpartiklar (gluonfusion, eller ggF), genom fusion av svaga vektorbosoner (VBF), eller i samband med en W- eller Z-boson (VH), eller en eller flera toppkvarkar (ttH+tH). Det finns också fem huvudkanaler där Higgs bosoner kan sönderfalla:till par av fotoner, W eller Z bosoner, tau leptoner eller b kvarkar. Var och en av dessa processer ger unika insikter om Higgs bosonegenskaper.
Tack vare de oöverträffade mängderna Higgs-bosoner som produceras vid LHC, alla ovanstående produktions- och sönderfallslägen har nu observerats. I ett nytt resultat presenterat av ATLAS Collaboration, använda data som samlats in under 2017, mätningarna för var och en av dessa processer har nått signifikanströskeln på fem standardavvikelser, bortom vilken deras existens anses vara fastställd.
Higgs bosonutbyten för de flesta av kombinationerna av produktion och sönderfall har mätts (se figur) och har visat sig överensstämma med standardmodellens förutsägelser. Mätningen av tvärsnitten för varje produktionsläge i proton-protonkollisioner vid 13 TeV, om man antar att sönderfallet inträffar som förutspått av standardmodellen, är de mest exakta som hittills erhållits.
Fysiker har också börjat utforska Higgs bosonpusslet på ett nytt sätt. I de senaste analyserna, istället för att räkna Higgs bosoner inklusive i de stora produktions- och förfallslägena, ATLAS-fysiker har mätt Higgs bosontopologier separat för mindre regioner av fasrymden:olika intervall av Higgs bosons transversella momentum, antal associerade jetplan, och antal och kinematiska egenskaper hos associerade svaga bosoner och toppkvarkar. Genom att använda dessa mindre pusselbitar, kallas "förenklade malltvärsnitt" (STXS), gör det möjligt för fysiker att bättre skilja mätprocessen från tolkningen i termer av teoretiska egenskaper. I sista hand, den ger en finare bild av Higgs bosonkopplingar vid LHC och strängare tester av standardmodellen.
Bland STXS-regionerna som beaktades i analysen, några har redan mätts med god precision vid LHC, men ingen avvikelse från standardmodellen har hittills observerats. Dessa mätningar gör det möjligt för fysiker att ytterligare förbättra känsligheten för Higgs-bosonens kopplingsegenskaper till de andra elementarpartiklarna. Ytterligare, de har satt begränsningar för nya fysikteorier – som "två-Higgs-dubblettmodellen", som introducerar ytterligare Higgs-bosoner, och den supersymmetriska modellen hMSSM – som är strängare än de som tidigare rapporterats av ATLAS.
Dessa mätningar kommer att fortsätta att förbättras när mer data från körning 2 och senare ingår, ger en ännu finare bild av egenskaperna hos Higgs boson.
