Eerder, is waargenomen dat het Higgs-deeltje vervalt tot fotonen, tau-leptonen, en W- en Z-bosonen. Echter, deze indrukwekkende prestaties vertegenwoordigen slechts 30 procent van het verval van het Higgs-boson. Het favoriete verval van het Higgs-deeltje tot een paar b-quarks (H → bb) zou ongeveer 58 procent van de tijd plaatsvinden, waardoor de korte levensduur van het Higgs-deeltje wordt aangedreven, en bleef daardoor ongrijpbaar. Het observeren van dit verval zou een van de grote ontbrekende stukjes van onze kennis van de Higgs-sector opvullen en bevestigen dat het Higgs-mechanisme verantwoordelijk is voor de massa's quarks; aanvullend, het kan ook hints geven van nieuwe fysica die verder gaat dan onze huidige theorieën. Globaal genomen, het is een essentieel ontbrekend stukje van de puzzel van het Higgs-deeltje.

Maar na meer dan 1 miljoen H→bb-verval in het ATLAS-experiment alleen, waarom hebben onderzoekers het nog niet gezien? Dit lijkt vooral vreemd gezien het feit dat er minder frequent verval van het Higgs-boson is waargenomen.

Het antwoord ligt in de overvloed aan b-quarks die door sterke interacties in de ATLAS-detector worden gecreëerd. We creëren paren van b-quarks 10 miljoen keer vaker dan we een H→bb verval creëren, wat het uitkiezen tegen die grote achtergrond een uiterst uitdagende taak maakt. We zoeken daarom naar H → bb-verval wanneer ze worden geproduceerd in combinatie met een ander deeltje - in dit geval een vectorboson (W of Z). Het meer onderscheidende verval van vectorbosonen biedt een manier om de grote achtergrond te verminderen. Dit leidt tot een veel lagere productiesnelheid – we verwachten slechts 30, 000 H→bb vervalt op deze manier, maar het biedt de mogelijkheid om dit ongrijpbare verval te ontdekken.

Hoe dan ook, zelfs in deze toestand de achtergrondprocessen die het H→bb-signaal nabootsen zijn nog steeds groot, complex en moeilijk te modelleren. De ATLAS-medewerkers hebben een grote inspanning geleverd om het kleine H→bb-signaal te isoleren van de grote achtergrond. Na het selecteren van de van belang zijnde botsingen, ze bleven achter met het verwachte aantal van ongeveer 300 H→bb-gebeurtenissen vergeleken met 70, 000 achtergrondgebeurtenissen. uiteindelijk, ze hoopten een overdaad aan botsingsgebeurtenissen te zien ten opzichte van onze achtergrondvoorspelling (een hobbel) die verschijnt bij de massa van het Higgs-deeltje.

Na analyse van alle gegevens die ATLAS in 2015 en 2016 heeft verzameld, de onderzoekers hebben eindelijk het nauwkeurigheidsniveau bereikt om bewijs voor H → bb te bevestigen met een waargenomen significantie van 3,6 σ bij het combineren van de gegevenssets van Run 1 en Run 2. Zoals weergegeven in de afbeelding, een hobbel wordt waargenomen die zeer consistent is met de verwachtingen, bevestiging van veel belangrijke aspecten van het gedrag van Higgs-bosonen. Naast de bult, er is een verval van een Z-boson (massa van 91 GeV) tot een b-quarkpaar, geproduceerd op dezelfde manier als het Higgs-deeltje, maar overvloediger. Het dient als een krachtige validatie van de analyse.

Het spotten van H→bb is nog maar het begin. Studies van dit nieuwe verval zullen een heel nieuw venster openen op de Higgs, en kan ook hints geven van nieuwe fysica die verder gaat dan onze huidige theorieën. Blijf op de hoogte van dit kanaal.