De invarianta massfördelningarna ee (vänster) och eµ (höger). Den förväntade signalen för ett specifikt förgreningsförhållande visas med den röda linjen. Passar data, förutsatt frånvaro av signal, visas med den blå linjen och kan ses beskriva data (svarta punkter) mycket bra, utan att något betydande överskott av händelser är synliga. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Har Higgsbosonen följa alla de regler som fastställts av standardmodellen? Sedan upptäckten av partikeln 2012, ATLAS- och CMS-samarbetena har arbetat hårt med att studera Higgs-bosonens beteende. Alla oväntade observationer kan vara ett tecken på ny fysik bortom standardmodellen.
I standardmodellen, styrkan av interaktionerna mellan Higgs boson och materia partiklar (kvarkar och leptoner) är proportionell mot partikelns massa. För laddade leptoner, styrkan i interaktionen med Higgs-bosonen förväntas vara störst med tau, den tyngsta laddade leptonen, och minsta med elektronen, den lättaste laddade leptonen.
Förfallet av Higgs -bosonet till ett par elektroner tillåts av standardmodellen, men är så utomordentligt sällsynt att det inte förväntas observeras av ATLAS-experimentet vid CERN. För sammanhang, Higgs boson är runt 40, 000 gånger mindre sannolikt att förfalla till elektroner som det är i myoner, där ATLAS nyligen presenterade uppdaterade preliminära sökresultat. Om ATLAS skulle observera Higgs-bosonen sönderfalla till ett elektronpar, en ny fysikprocess måste vara ansvarig.
Standardmodellen förutspår också att när Higgs-bosonen interagerar med en laddad lepton, den lepton ändrar inte sitt slag (eller smak). Således, Higgsbosonen bör avklinga till ett par av elektroner, muons eller taus - men inte, till exempel, in i både en elektron och en muon, eller en tau och en muon. Sådana sönderfall är kända som "lepton-smaköverträdande sönderfall" och förekommer i många nya fysikteorier.
Higgsbosonen händelse display. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
ATLAS fysiker har redan sökt efter två sådana sönderfall, där Higgs-bosonen sönderfaller till en tau och antingen en elektron eller en myon (H→eτ eller H→µτ). Sökningen använde maskininlärningstekniker och hittade inget signifikant överskott över den förväntade bakgrunden. Resultatet satte övre gränser för förgreningsförhållandena för H→eτ och H→µτ på 0,47 procent och 0,28 procent, respektive, på 95 procents konfidensnivå.
Denna vecka, vid Lepton-Photon Symposium i Toronto, Kanada, ATLAS Collaboration presenterade nya sökningar efter ytterligare två Higgs-bosonsönderfall:till ett elektronpar (H→ee), och in i den smakkränkande kombinationen av en elektron och en myon (H→eµ).
Den nya H → ee ökning är ett första för ATLAS Collaboration. Denna speciella kanal är särskilt svårt att studera, eftersom majoriteten av elektronpar-händelserna förväntas härröra från Z-bosonsönderfall (Z→ee). Higgs bosons sönderfall skulle ses som en "bula" i elektronparets oföränderliga massa, ovanpå den stora Z → ee -bakgrunden. Fysiker fann inget sådant överskott i data och kunde sätta en övre gräns för H → ee -förgreningsförhållandet på 0,036 procent vid 95 procent konfidensnivå.
Sökningen efter H → eµ utfördes på ett liknande sätt, även om de förväntade bakgrundsprocesser är mindre och har sitt ursprung i ett antal processer. Som i fallet med sökningen efter H→ee, inget signifikant överskott av händelser observerades och en övre gräns på 0,006 procent sattes på H→eµ-förgreningsförhållandet vid 95 procents konfidensnivå.
Med dessa nya analyser slutförda, ATLAS Collaboration har nu sökt efter alla möjliga Higgs bosonsönderfall till två laddade leptoner. Dock, arbetet är ännu inte avslutat, och ATLAS kommer att fortsätta att noggrant undersöka växelverkan mellan laddade leptoner och Higgs boson.
