Från topp till botten, bilder på ATLAS- och CMS-detektorerna. Kredit:CERN
Idag, exakt tio år efter att de tillkännagav upptäckten av Higgs-bosonen, rapporterar de internationella ATLAS- och CMS-samarbetena vid Large Hadron Collider (LHC) resultaten av deras hittills mest omfattande studier av egenskaperna hos denna unika partikel. De oberoende studierna, som beskrivs i två artiklar publicerade idag i Nature , visar att partikelns egenskaper är anmärkningsvärt överensstämmande med de för Higgs-bosonen som förutspås av standardmodellen för partikelfysik. Studierna visar också att partikeln i allt högre grad blir ett kraftfullt sätt att söka efter nya, okända fenomen som – om de upptäcks – skulle kunna bidra till att kasta ljus över några av fysikens största mysterier, såsom naturen hos den mystiska mörka materia som finns i universum.
Higgs-bosonen är partikelmanifestationen av ett alltigenomträngande kvantfält, känt som Higgsfältet, som är grundläggande för att beskriva universum som vi känner det. Utan detta fält skulle elementarpartiklar som kvarkbeståndsdelarna i atomkärnornas protoner och neutroner, såväl som elektronerna som omger kärnorna, inte ha massa, och inte heller de tunga partiklarna (W-bosonerna) som bär de laddade svaga kraft, som initierar kärnreaktionen som driver solen.
För att utforska den fulla potentialen hos LHC-data för studien av Higgs-bosonen, inklusive dess interaktioner med andra partiklar, kombinerar ATLAS och CMS ett flertal komplementära processer där Higgs-bosonen produceras och "förfaller" till andra partiklar.
Detta är vad samarbetena har gjort i sina nya, oberoende studier, med deras fullständiga LHC Run 2-datauppsättningar, som var och en inkluderar över 10 000 biljoner proton-proton-kollisioner och cirka 8 miljoner Higgs-bosoner – 30 gånger fler än vid tidpunkten för partikelns upptäckt. De nya studierna kombinerar var och en ett aldrig tidigare skådat antal och en mängd olika Higgs-bosonproduktions- och sönderfallsprocesser för att erhålla den mest exakta och detaljerade uppsättningen mätningar hittills av deras hastigheter, såväl som av styrkorna i Higgs-bosonens interaktioner med andra partiklar.
Alla mätningar är anmärkningsvärt överensstämmande med standardmodellens förutsägelser inom en rad osäkerheter beroende, bland andra kriterier, på mängden av en given process. För Higgs bosonens interaktionsstyrka med bärarna av den svaga kraften uppnås en osäkerhet på 6 %. Som jämförelse resulterade liknande analyser med hela Run 1-datauppsättningarna i en 15 % osäkerhet för den interaktionsstyrkan.
"Efter bara tio år av Higgs bosonutforskning vid LHC har ATLAS- och CMS-experimenten gett en detaljerad karta över dess interaktioner med kraftbärare och materiapartiklar", säger ATLAS-talesperson Andreas Hoecker. "Higgs-sektorn är direkt kopplad till mycket djupgående frågor relaterade till utvecklingen av det tidiga universum och dess stabilitet, såväl som till det slående massmönstret av materiepartiklar. Higgs-bosonupptäckten har utlöst en spännande, djup och bred experimentell ansträngning som kommer att sträcka sig genom hela LHC-programmet."
"Att skissa ett sådant porträtt av Higgs-bosonen så här tidigt var otänkbart innan LHC började arbeta", säger CMS talesman Luca Malgeri. "Skälen till denna prestation är många och inkluderar de exceptionella prestanda för LHC och ATLAS- och CMS-detektorer, och de geniala dataanalysteknikerna som används."
De nya kombinationsanalyserna ger också, bland andra nya resultat, stränga gränser för Higgs-bosonens interaktion med sig själv och även för nya, okända fenomen bortom Standardmodellen, såsom på Higgs-bosons sönderfall till osynliga partiklar som kan utgöra mörk materia.
ATLAS och CMS kommer att fortsätta att avslöja Higgs-bosonens natur med hjälp av data från LHC:s Run 3, som börjar i morgon vid en ny högenergigräns, och från kolliderarens stora uppgradering, High-Luminosity LHC (HL-LHC), från 2029. Med cirka 18 miljoner Higgs-bosoner som beräknas produceras i varje experiment i körning 3 och cirka 180 miljoner i HL-LHC:s körningar, förväntar sig samarbeten att inte bara avsevärt minska mätosäkerheterna för Higgs-bosonens interaktioner som har bestämts hittills utan också för att observera några av Higgs-bosonens interaktioner med partiklarna av lättare materia och för att få det första signifikanta beviset för bosonens interaktion med sig själv. + Utforska vidare
