Seis anos após sua descoberta, pesquisadores observaram pela primeira vez o decaimento do bóson de Higgs em um par de quarks do tipo bottom. A descoberta, apresentada ontem (28/08) na Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) pelas colaborações CMS e  ATLAS do Large Hadron Collider (LHC), é consistente com a hipótese de que mecanismo de Higgs também é responsável por dar massa ao quark bottom.

“Desde a primeira observação do decaimento do bóson de Higgs em léptons do tipo tau um ano atrás, o CMS, junto com nossos colegas do ATLAS, observou o acoplamento do bóson de Higgs aos férmions mais pesados: o tau, o quark do tipo top, e agora o quark do tipo bottom”, disse Joel Butler, porta-voz da colaboração CMS. “O excelente desempenho do LHC e técnicas modernas de aprendizado de máquina nos permitiram alcançar esse resultado antes do esperado”.

O Modelo Padrão da física de partículas prevê que o bóson de Higgs decai em um par de quarks bottom – o segundo quark mais pesado – em cerca de 60% das vezes porém esse canal de decaimento é imerso em um enorme fundo (background) vindo de outros processos nos quais estão envolvidas as interações forte. Testar a previsão é importante pois o resultado poderia corroborar o Modelo Padrão, que diz que o campo de Higgs é responsável por dar massa a todas as demais partículas fundamentais da natureza, ou abalar suas fundações e apontar para uma nova física.

Apesar da probabilidade de decaimento parecer alta, observar o evento é tarefa extremamente difícil. O motivo é que existem muitas outras formas de produzir quarks bottom em colisões próton-próton, como as realizadas pelo LHC. É difícil saber, portanto, se um quark bottom foi gerado por um bóson de Higgs que decaiu ou por algum outro evento secundário. Os canais de decaimento menos comuns, como o decaimento em um par de fótons, são mais fáceis de separar dos eventos secundários e, consequentemente, fornecem uma maneira mais certa para se detectar o bóson de Higgs.

Para chegar ao resultado apresentado ontem as colaborações ATLAS e CMS combinaram dados da primeira e segunda fase de operações do LHC, que envolveram colisões em energias de 7, 8 e 13 TeV. Os pesquisadores aplicaram métodos de análise complexos aos dados e o resultado, para ambas as colaborações, foi obtido com um grau de significância que excede 5 desvios padrão. Tanto ATLAS como CMS também calcularam que a taxa do decaimento é consistente com a previsão do Modelo Padrão.

No futuro, com uma quantidade ainda maior de dados, as colaborações melhorarão a precisão dessas e de outras medições e tentarão observar o decaimento do bóson de Higgs em um par de férmions muito menos massivos, chamados múons. Ao mesmo tempo, os pesquisadores ficarão atentos a possíveis desvios nos dados que poderiam apontar para uma física além do Modelo Padrão.

“Os experimentos continuam a explorar o bóson de Higgs, que é frequentemente considerado um portal para uma nova física”, disse o Diretor de Pesquisa e Computação do CERN, Eckhard Elsen. “Essas belas conquistas, que aconteceram mais cedo do que imaginávamos, também ressaltam nossos planos de atualização do LHC para aumentar substancialmente a quantidade de dados. Os métodos de análise demonstraram que podem alcançar a precisão necessária para explorarmos um panorama mais completo da física, que esperamos que inclua uma nova física que até agora tem, sutilmente, se escondido”.