Zes jaar na zijn ontdekking, het Higgs-deeltje is eindelijk waargenomen dat het vervalt tot fundamentele deeltjes die bekend staan ​​​​als bottom-quarks. de bevinding, vandaag gepresenteerd op CERN door de ATLAS- en CMS-samenwerkingen bij de Large Hadron Collider (LHC), is consistent met de hypothese dat het alomtegenwoordige kwantumveld achter het Higgs-deeltje ook massa geeft aan de onderste quark. Beide teams hebben vandaag hun resultaten voor publicatie ingediend.

Het standaardmodel van deeltjesfysica voorspelt dat ongeveer 60% van de tijd een Higgs-deeltje zal vervallen tot een paar onderste quarks, de op een na zwaarste van de zes smaken quarks. Het testen van deze voorspelling is cruciaal omdat het resultaat ofwel ondersteuning zou bieden aan het standaardmodel - dat is gebaseerd op het idee dat het Higgs-veld quarks en andere fundamentele deeltjes massa geeft - of zijn fundamenten zou doen wankelen en zou wijzen op nieuwe fysica.

Het spotten van dit veelvoorkomende Higgs-boson-vervalkanaal is allesbehalve eenvoudig, zoals de periode van zes jaar sinds de ontdekking van het boson heeft aangetoond. De reden voor de moeilijkheid is dat er veel andere manieren zijn om bottom-quarks te produceren bij proton-protonbotsingen. Dit maakt het moeilijk om het Higgs-boson-vervalsignaal te isoleren van de achtergrondruis die bij dergelijke processen hoort. Daarentegen, de minder vaak voorkomende Higgs-boson vervalkanalen die werden waargenomen op het moment van ontdekking van het deeltje, zoals het verval tot een paar fotonen, zijn veel gemakkelijker uit de achtergrond te halen.

Om het signaal te extraheren, de ATLAS- en CMS-samenwerkingen combineerden elk gegevens van de eerste en tweede run van de LHC, waarbij botsingen met energieën van 7 betrokken waren, 8 en 13 TeV. Vervolgens pasten ze complexe analysemethoden toe op de gegevens. Het resultaat, voor zowel ATLAS als CMS, was de detectie van het verval van het Higgs-deeltje tot een paar onderste quarks met een significantie groter dan 5 standaarddeviaties. Verder, beide teams hebben een snelheid voor het verval gemeten die consistent is met de voorspelling van het standaardmodel, binnen de huidige nauwkeurigheid van de meting.

"Deze waarneming is een mijlpaal in de verkenning van het Higgs-deeltje. Het laat zien dat de ATLAS- en CMS-experimenten een diepgaand begrip van hun gegevens hebben bereikt en een controle over de achtergronden die de verwachtingen overtreft. ATLAS heeft nu alle koppelingen van het Higgs-deeltje aan de zware quarks en leptonen van de derde generatie, evenals alle belangrijke productiewijzen, " zei Karl Jakobs, woordvoerder van de ATLAS-samenwerking.

"Sinds de eerste waarneming in één experiment van het verval van het Higgs-deeltje tot tau-leptonen een jaar geleden, CMS, samen met onze collega's in ATLAS, heeft de koppeling van het Higgs-deeltje aan de zwaarste fermionen waargenomen:de tau, de top-quark, en nu de onderste quark. Dankzij de uitstekende LHC-prestaties en moderne machine learning-technieken konden we dit resultaat eerder dan verwacht bereiken, " zei Joël Butler, woordvoerder van de CMS-samenwerking.

Met meer gegevens, de samenwerkingen zullen de precisie van deze en andere metingen verbeteren en het verval van het Higgs-deeltje onderzoeken in een paar veel minder massieve fermionen die muonen worden genoemd, altijd kijken naar afwijkingen in de gegevens die kunnen wijzen op natuurkunde buiten het standaardmodel.

"De experimenten blijven inspelen op het Higgs-deeltje, die vaak wordt beschouwd als een portaal naar nieuwe fysica. Deze mooie en vroege prestaties onderstrepen ook onze plannen voor het upgraden van de LHC om de statistieken aanzienlijk te vergroten. Het is nu aangetoond dat de analysemethoden de precisie bereiken die nodig is voor verkenning van het volledige natuurkundige landschap, inclusief hopelijk nieuwe natuurkunde die zich tot nu toe zo subtiel verbergt, ", zegt CERN-directeur voor Onderzoek en Informatica Eckhard Elsen.