Het Higgs-veld is als een eindeloze oceaan waar alle materie doorheen zwemt. Sommige deeltjes zijn als sponzen en zuigen massa op terwijl ze voortkabbelen, terwijl anderen zo levendig zijn als kleine minnows en er dwars doorheen schieten.

De Higgs-theorie is een prachtig eenvoudige verklaring waarom sommige deeltjes massief zijn en andere niet. Maar nog niet alle voorspellingen van de Higgs-theorie zijn experimenteel getest. Dat is de reden waarom wetenschappers van het CMS-experiment bij de Large Hadron Collider het Higgs-deeltje onder een microscoop leggen en proberen te bepalen hoe het past in het delicate ecosysteem van deeltjes.

"We weten dat de Higgs interageert met enorme krachtdragende deeltjes, zoals het W-boson, want zo hebben we het oorspronkelijk ontdekt, " zei wetenschapper Patty McBride van het Fermi National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie, die het onderzoek van honderden Amerikaanse wetenschappers naar het CMS-experiment ondersteunt. "Nu proberen we de relatie met fermionen te begrijpen."

Fermionen zijn deeltjes die in elkaar klikken om de onzichtbare steigers in atomen te vormen. bosonen, anderzijds, zijn de fysieke manifestatie van krachten en voeren taken uit zoals het aan elkaar lijmen van fermionen.

In juni 2014, wetenschappers over het CMS-experiment publiceerden een paper in Natuur waaruit blijkt dat het Higgs-deeltje een relatie heeft met fermionen door de snelheid te meten waarmee het vervalt tot tau-leptonen, een zwaardere neef van het elektron. Later, zowel de CMS- als de ATLAS-experimenten vonden bewijs dat het Higgs-deeltje vervalt tot bottom-quarks. Nutsvoorzieningen, wetenschappers pakken de relatie met de top-quark aan.

"De relatie tussen het Higgs en de top-quark is bijzonder interessant omdat de top-quark het meest massieve deeltje is dat ooit is ontdekt, " zei McBride. "Als de 'gever van massa, ' het Higgs-deeltje zou enorm dol moeten zijn op de top-quark."

Omdat de top-quark veel massiever is dan het Higgs-deeltje, het is onmogelijk voor een Higgs-deeltje om te vervallen in een paar top-quarks. Gelukkig, er is een andere manier om te meten hoe sterk het Higgs-deeltje koppelt aan top-quarks:op zoek naar het zeldzame geval van gelijktijdige productie van top-quarks en een Higgs-deeltje.

"Higgs-bosonproductie is zeldzaam, maar Higgs-productie met topquarks is het zeldzaamst van allemaal, wat neerkomt op slechts ongeveer 1 procent van de Higgs-boson-gebeurtenissen geproduceerd in de LHC, " zei Chris Neu, een natuurkundige aan de Universiteit van Virginia die aan deze analyse heeft gewerkt.

In een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Fysieke beoordelingsbrieven , wetenschappers van het CMS-experiment rapporteren een statistisch significante overvloed aan gebeurtenissen waarbij het Higgs-deeltje wordt geproduceerd in combinatie met twee topquarks. Het CMS-resultaat voor dit zeldzame standaardmodelproces met een significantie van 5,2 sigma vormt de eerste waarneming die de drempelwaarde van 5 sigma overschrijdt die fysici nodig hebben. Het ATLAS-experiment heeft ook een paper over hetzelfde fenomeen ingediend voor publicatie.

Om deze resultaten te krijgen, het CMS-experiment zocht naar Higgs-bosonen op basis van de vele mogelijke handtekeningen die het in de detector kan achterlaten.

"Een top-quark vervalt bijna uitsluitend in een bottom-quark en een W-boson, " zei Neu. "Het Higgs-deeltje, anderzijds, heeft een rijk spectrum aan vervalmodi, inclusief verval tot paren van onderste quarks, W bosonen, tau-leptonen, fotonen en verschillende andere. Dit leidt tot een grote verscheidenheid aan handtekeningen in gebeurtenissen met twee top-quarks en een Higgs-deeltje. We hebben elk van deze nagestreefd en de resultaten gecombineerd om onze uiteindelijke analyse te maken."

Het verder onderzoeken van de relatie van het Higgs-deeltje met de top-quark kan ook een mogelijk venster zijn op nieuwe fysica, volgens Fermilab adjunct-directeur Joe Lykken.

"Het vastzetten van deze koppeling zal ons veel vertellen over het gedrag van de Higgs en hoe het ook kan interageren met andere deeltjes die we niet hebben ontdekt, zoals donkere materie, "Zei Lykken. "Een diepgaand begrip van hoe de Higgs interageert met bekende deeltjes, zou ons kunnen helpen om naar fysica buiten het standaardmodel te gaan."