Laboratoire Leprince-Ringuet
l’infiniment petit
[**Les expériences CMS et ATLAS ont uni leurs forces pour voir les premières preuves d’une désintégration rare du boson de Higgs.
Des résultats présentés lors de la conférence LHCP 2023 à Belgrade (22-26 mai 2023)
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La découverte du boson de Higgs en 2012 a marqué une étape importante dans la physique des particules. Depuis, les chercheurs des collaborations ATLAS et CMS étudient ses propriétés en détail et recherchent des canaux de production et de désintégration rares. L’un de ces processus est celui où le boson de Higgs se désintègre en un photon et un boson Z (H → Zγ). Il s’agit d’un type particulier de désintégration - le boson de Higgs ne se couple pas directement à la paire Zγ ; au lieu de cela, la désintégration se déroule via une "boucle" intermédiaire de particules virtuelles. Moins de 0,2 % des bosons de Higgs se désintègrent de cette façon, mais dans les théories qui vont au-delà du modèle standard, ce taux pourrait être très différent.
Les collaborations ATLAS et CMS ont indépendamment mené des recherches approfondies sur le processus H → Zγ. Ces deux analyses emploient des stratégies similaires, reconstruisant le boson Z à travers ses désintégrations en paires d’électrons ou de muons. Les événements de signal sont identifiés comme un pic étroit dans la distribution de masse invariante Zγ. Des techniques avancées d’apprentissage automatique (machine learning), telles que les arbres de décision améliorés, sont utilisées pour distinguer les événements de signal et de bruit de fond.
Reconnaissant l’importance de ce canal de désintégration, les collaborations ATLAS et CMS ont uni leurs forces pour fusionner leurs ensembles de données acquises lors du Run 2 du LHC (2015-2018) et effectuer ainsi une nouvelle mesure combinée. Cet effort, avec une contribution significative de l’équipe CMS du LLR, a augmenté la précision statistique et élargi la portée de cette recherche.
La figure ci-dessous montre la distribution observée de la masse du système Zγ dans l’échantillon de données combiné, où une "bosse" est visible autour de 125 GeV :
Cette analyse combinée révèle des preuves de la désintégration H → Zγ, avec une signification de 3,4 écarts-types. Cela signifie que la probabilité que ce signal soit causé par une fluctuation statistique est inférieure à 0,04 %. À l’avenir, et d’ici la fin de la phase 3 du LHC, les données collectées devraient tripler la taille de la statistique analysée ici. Cela permettra aux chercheurs d’ATLAS et de CMS d’étudier encore plus en détail ce canal de désintégration rare et de l’utiliser pour sonder la physique au-delà du modèle standard.
Contact : Andrew Gilbert