Två år sedan, Higgs -bosonen observerades förfallna till ett par skönhetskvarkar (H → bb), flyttar sin studie från "upptäcktstiden" till "mättiden". Genom att mäta egenskaperna hos Higgs boson och jämföra dem med teoretiska förutsägelser, fysiker kan bättre förstå denna unika partikel, och i processen, söka efter avvikelser från förutsägelser som skulle peka på nya fysikprocesser bortom vår nuvarande förståelse för partikelfysik.

En sådan avvikelse kan vara den hastighet med vilken Higgs -bosoner produceras under särskilda förhållanden. Ju större transversal momentum i Higgs -bosonet - det vill säga momenten i Higgs -bosonet vinkelrätt mot riktningen för Large Hadron Collider (LHC) protonstrålar - desto större tror vi är känsligheten för nya fysikprocesser från tunga, ännu osynliga partiklar.

H → bb är den perfekta sökkanalen för att söka efter sådana avvikelser i produktionshastigheten. Som det mest troliga förfallet av Higgs-bosonen (står för ~ 58% av alla Higgs-boson-sönderfall), dess större överflöd tillåter fysiker att undersöka längre in i regionerna med hög transversal momentum, där produktionstakten minskar på grund av den sammansatta strukturen hos de kolliderande protonerna.

I nya resultat som släpptes denna månad, ATLAS Collaboration vid CERN studerade hela LHC Run 2 -datamängden för att ge en uppdaterad mätning av H → bb, där Higgs -bosonet produceras i samband med ett vektorboson (W eller Z). Bland flera nya resultat, ATLAS rapporterar observationen av Higgs-bosonproduktion i samband med en Z-boson med en betydelse av 5,3 standardavvikelser (σ), och bevis på produktion med en W boson med en betydelse av 4,0 σ.

Den nya analysen använder ~ 75% mer data än föregående utgåva. Ytterligare, ATLAS -fysiker genomförde flera förbättringar, inklusive:

• Better Boosted Decision Tree (BDT) maskininlärningsalgoritmer som används för att separera kollisioner som innehåller en Higgs -boson från de som endast innehåller bakgrundsprocesser. Figur 2 visar separationen mellan dessa processer med en av BDT:erna.
• Uppdaterade val som används för att identifiera intressekollisioner berikade i de olika bakgrundsprocesserna. Dessa "kontrollregioner" gjorde det möjligt för fysikerna att få en bättre förståelse för och ett grepp om bakgrundsprocesserna.
• Ökat antal simulerade kollisioner. Även om det är avgörande för att förutsäga bakgrunder i en mätning, att simulera kollisioner i hela ATLAS-detektorn är en datorintensiv process. I denna nya analys, team i hela ATLAS gjorde stora ansträngningar för att öka antalet simulerade kollisioner med en faktor fyra jämfört med den tidigare analysen.

Dessa förbättringar gjorde det möjligt för ATLAS-fysiker att göra mer exakta mätningar av Higgs-bosons produktionshastighet vid olika tvärgående moment, och att utöka deras räckvidd till högre värden.

ATLAS -fysiker tillkännagav också en förlängning av H → bb -studien:en ny version av analysen utformad för att undersöka Higgs -bosonet när det produceras med mycket stora tvärgående moment. I vanliga fall, de två b-kvarkerna från H → bb-förfallet manifesterar sig i ATLAS-detektorn som två separata sprayer med mycket kollimerade och energiska partiklar, kallas "jets". Dock, när Higgs -bosonen produceras vid mycket stort tvärgående momentum, överstiger två gånger Higgs-bosonmassan på 125 GeV, H → bb -systemet är "boostat". De två b-kvarkerna tenderar då att produceras nära varandra, smälter samman till en jet, som visas i händelsevisningen ovan. Den nya analysen använde olika algoritmer för rekonstruktion av b-jet anpassade till denna förstärkta regim. De tillät fysiker att identifiera förstärkta H → bb -förfall, rekonstruera massan av Higgs boson, och identifiera ett överskott i bakgrundsprocesserna, som visas i figur 3.

Den nya tekniken gjorde det möjligt för ATLAS att utforska det särskilt intressanta Higgs-boson-fasrummet för stora transversala momentumhändelser med förbättrad effektivitet. Det gjorde det också möjligt för fysiker att titta på Higgs-bosoner producerade med ännu större tvärgående momentumvärden-ett viktigt framsteg i sökandet efter ny fysik.

Dessa analyser är viktiga steg i en lång resa mot att mäta egenskaperna hos Higgs -bosonet. När fysiker förbättrar sina algoritmer ytterligare, förbättra deras förståelse för bakgrundsprocesser och samla in mer data, de vågar sig allt längre in på okänt territorium där ny fysik kan vänta.