De ontdekking van een Higgs-deeltje in 2012 door de ATLAS- en CMS-experimenten betekende een mijlpaal in de geschiedenis van de deeltjesfysica. Het bevestigde een al lang bestaande voorspelling van het standaardmodel, de theorie die ons huidige begrip van elementaire deeltjes en hun interacties omvat.

Met de enorme hoeveelheid proton-protonbotsingen die de LHC in 2015 en 2016 heeft geleverd met een verhoogde botsingsenergie van 13 TeV, het ATLAS-experiment is een nieuw tijdperk ingegaan van metingen van eigenschappen van het Higgs-boson. Dankzij de nieuwe gegevens kon ATLAS metingen uitvoeren van inclusieve en differentiële doorsneden met behulp van het "gouden" H→ZZ*→4ℓ-verval.

Het vier-leptonkanaal, zij het zeldzaam (0,012% vertakkende fractie in eindtoestanden met elektronen of muonen), heeft de duidelijkste en zuiverste signatuur van alle mogelijke vervalmodi van het Higgs-boson. Dit komt door de kleine achtergrondverontreiniging van het kanaal. Figuur 1 toont een smalle resonantiepiek bij 125 GeV in de gereconstrueerde invariante massa bovenop een lokaal relatief vlakke achtergrondverdeling die wordt gedomineerd door (niet-resonante) qq→ZZ*-productie.

Het transversale momentum van het Higgs-deeltje kan worden gebruikt om verschillende Higgs-productiemechanismen en mogelijke afwijkingen van de standaardmodelinteracties te onderzoeken. Figuur 2 toont de gemeten differentiële dwarsdoorsnede van het vier-lepton transversale momentum (p _t 4l) vergeleken met verschillende standaardmodelvoorspellingen.

Door het aantal jets te bestuderen dat tijdens deze evenementen is geproduceerd, evenals het transversale momentum van de voorste straal, ATLAS kan de theoretische modellering van de productie van Higgs-bosonen via gluonfusie onderzoeken en helpen verbeteren. De gemeten en voorspelde differentiële doorsneden als functie van de jetmultipliciteit zijn weergegeven in figuur 3.

Er zijn verschillende differentiële doorsneden gemeten voor waarneembare objecten die gevoelig zijn voor de productie en het verval van het Higgs-boson, inclusief kinematische verdelingen van de jets geproduceerd in samenwerking met het Higgs-deeltje. Er wordt een goede overeenkomst gevonden tussen de gegevens en de voorspellingen van het standaardmodel. De metingen worden gebruikt om afwijkende Higgs-bosoninteracties te beperken (zie figuur 4).