Colaborações CMS e ATLAS estudaram processos de decaimento do bóson de Higgs em pares de quarks charm e em pares de múons

As colaborações CMS e ATLAS da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) apresentaram novos resultados envolvendo o bóson de Higgs ao longo da conferência EPS-HEP (European Physical Society’s High-Energy Physics) 2019. A partícula, responsável pela massa de todas as demais partículas fundamentais, foi descoberta no acelerador do CERN, o Large Hadron Collider (LHC), em 2012. Desde então pesquisadores estudam suas propriedades, interações com outras partículas e formas de decaimento em busca de dados que possam testar, ainda mais, o atual Modelo Padrão da Física de Partículas e talvez levar à descoberta de uma física além deste modelo.

Entre os principais resultados está a busca por decaimentos do bóson de Higgs em pares de múons e pares de quarks charm. Tanto o CMS como o ATLAS mediram propriedades antes inexploradas do decaimento da partícula que envolvem os bósons relativos à força eletrofraca (W, Z e fóton) e compararam as observações com as previsões do Modelo Padrão.

Na primeira fase de coleta de dados do LHC, feita entre 2010 e 2012, foram observados decaimentos do bóson de Higgs que envolviam pares de bósons relativos à força eletrofraca. Agora, os pesquisadores analisaram o conjunto completo de dados da segunda fase de experimentos, realizada entre 2015 e 2018 a uma energia de 13 TeV. Esta segunda fase forneceu cerca de 140 femtobarns inversos de dados, o equivalente a mais de 10.000 trilhões de colisões, o que permitiu que as propriedades da partícula fossem estudadas com precisão sem precedentes.

O CMS e o ATLAS mediram as chamadas “seções transversais diferenciais” dos processos de decaimento do bóson de Higgs, que analisam não apenas a taxa de produção da partícula, mas também a distribuição e a orientação dos produtos do seu decaimento em relação aos feixes de prótons que geraram a colisão. Experimentos como esses fornecem informações sobre os mecanismos subjacentes que produzem os bósons de Higgs. Ambas as colaborações determinaram que as taxas e distribuições observadas são compatíveis com aquelas previstas pelo Modelo Padrão, considerando a atual incerteza estatística.

Como a força de interação do bóson de Higgs é proporcional à massa das partículas, ele interage mais fortemente com a terceira e mais pesada geração de férmions: os quarks top e bottom, e o lépton tau. Anteriormente, CMS e ATLAS já haviam observado essas interações. As interações com férmions mais leves de segunda geração, entretanto, – os quarks charm e strange, e o múon – são consideravelmente mais raras.

O CMS apresentou seus primeiros resultados relativos à busca por decaimentos do bóson de Higgs em pares de quarks charm. Quando um bóson de Higgs decai em quarks, eles produzem jatos de partículas. “Identificar jatos formados por quarks charm e isolá-los de outros tipos de jatos é um enorme desafio”, disse Roberto Carlin, porta-voz do CMS. “Estamos muito felizes por termos demonstrado que podemos lidar com esse difícil canal de decaimento. Desenvolvemos novas técnicas de aprendizado de máquina para ajudar nessa tarefa”.

O ATLAS, por sua vez, apresentou seus primeiros resultados relativos à busca por decaimentos do bóson de Higgs em pares de múons. Esta análise é complicada devido ao grande número de processos mais comuns que produzem pares de múons. “Este resultado mostra que estamos agora perto da sensibilidade necessária para testar as previsões do Modelo Padrão para este decaimento raro do bóson de Higgs”, disse Karl Jakobs, porta-voz do ATLAS. “No entanto, resultados definitivos sobre a segunda geração exigirão conjuntos de dados maiores que serão fornecidos pela terceira fase de coleta de dados do LHC e pelo High-Luminosity LHC (HL-LHC)”.

O bóson de Higgs também atua como um mediador de processos físicos nos quais os bósons da força eletrofraca se dispersam ou se espalham uns nos outros. Estudos desses processos com grandes quantidades de dados servem como testes poderosos do Modelo Padrão. O CMS apresentou a primeira observação de espalhamentos de bósons da força eletrofraca que resultam na produção de um bóson Z e um fóton.

O ATLAS apresentou a primeira medida de espalhamento de dois bósons Z. Esta observação completou o cenário de espalhamento dos bósons W e Z, já que o ATLAS já havia observado o processo de espalhamento de um bóson W e um bóson Z e ambas as colaborações haviam observado o espalhamento de dois bósons W.

“Os experimentos estão dando grandes passos na monumental tarefa de compreender o bóson de Higgs”, disse Eckhard Elsen, Diretor de Pesquisa e Computação do CERN. “Após a observação de seu acoplamento com os férmions de terceira geração, os experimentos agora mostraram que eles têm as ferramentas disponíveis para lidar com a segunda geração, que é ainda mais desafiadora. O programa de física de precisão do LHC está a todo vapor”.

Para saber mais, acesse https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-present-new-higgs-results-2019-eps-hep-conference.