Volgt het Higgs-deeltje alle regels van het standaardmodel? Sinds de ontdekking van het deeltje in 2012 de ATLAS- en CMS-samenwerkingen hebben hard gewerkt om het gedrag van het Higgs-deeltje te bestuderen. Elke onverwachte waarneming kan een teken zijn van nieuwe fysica die verder gaat dan het standaardmodel.

In het standaardmodel, de sterkte van de interacties tussen het Higgs-deeltje en materiedeeltjes (quarks en leptonen) is evenredig met de massa van het deeltje. In het geval van geladen leptonen, de sterkte van de interactie met het Higgs-deeltje is naar verwachting het grootst met de tau, de zwaarst geladen lepton, en de kleinste met het elektron, het lichtst geladen lepton.

Het verval van het Higgs-deeltje in een elektronenpaar is toegestaan ​​door het standaardmodel, maar is zo buitengewoon zeldzaam dat het naar verwachting niet wordt waargenomen door het ATLAS-experiment op CERN. Voor de context, het Higgs-deeltje is rond de 40, 000 keer minder kans om in elektronen te vervallen dan in muonen, waarvoor ATLAS pas recent bijgewerkte voorlopige zoekresultaten heeft gepresenteerd. Als ATLAS het Higgs-deeltje zou zien vervallen tot een elektronenpaar, een nieuw-fysisch proces zou hiervoor verantwoordelijk moeten zijn.

Het standaardmodel voorspelt ook dat wanneer het Higgs-deeltje interageert met een geladen lepton, het lepton verandert niet van type (of smaak). Dus, het Higgs-deeltje zou moeten vervallen tot een elektronenpaar, muonen of taus - maar niet, bijvoorbeeld, in zowel een elektron als een muon, of een tau en een muon. Dergelijke vervalsingen staan ​​bekend als "lepton-smaak-schendende vervalen" en komen voor in veel nieuwe natuurkundige theorieën.

Natuurkundigen van ATLAS hebben al naar twee van dergelijke vervalsingen gezocht, waarin het Higgs-deeltje vervalt tot een tau en ofwel een elektron ofwel een muon (H→eτ of H→µτ). De zoekopdracht maakte gebruik van machine learning-technieken en vond geen significante overmaat boven de verwachte achtergrond. Het resultaat plaatste bovengrenzen voor de vertakkingsverhoudingen van H→eτ en H→µτ van 0,47 procent en 0,28 procent, respectievelijk, op het 95 procent betrouwbaarheidsniveau.

Deze week, op het Lepton-Photon Symposium in Toronto, Canada, de ATLAS-samenwerking presenteerde nieuwe zoekopdrachten voor twee extra verval van het Higgs-boson:in een elektronenpaar (H → ee), en in de smaakovertredende combinatie van een elektron en een muon (H→eµ).

De nieuwe H→ee-zoekopdracht is een primeur voor de ATLAS-samenwerking. Dit specifieke kanaal is bijzonder moeilijk te bestuderen, aangezien de meeste elektronenpaargebeurtenissen worden verwacht, afkomstig zijn van Z-bosonverval (Z→ee). Het verval van het Higgs-boson zou worden gezien als een "bult" in de invariante massa van het elektronenpaar, bovenop de grote Z→ee achtergrond. Natuurkundigen vonden een dergelijke overmaat niet in de gegevens en waren in staat om een ​​bovengrens voor de H → ee-vertakkingsverhouding van 0,036 procent vast te stellen bij een betrouwbaarheidsniveau van 95 procent.

Het zoeken naar H→eµ werd op een gelijkaardige manier uitgevoerd, hoewel de verwachte achtergrondprocessen kleiner zijn en voortkomen uit een aantal processen. Zoals in het geval van het zoeken naar H→ee, er werd geen significante overmaat aan gebeurtenissen waargenomen en er werd een bovengrens van 0,006 procent gesteld voor de H→eµ-vertakkingsverhouding op het 95 procent betrouwbaarheidsniveau.

Met deze nieuwe analyses voltooid, de ATLAS-samenwerking heeft nu gezocht naar alle mogelijke vervalsingen van het Higgs-boson tot twee geladen leptonen. Echter, het werk is nog niet klaar, en ATLAS zal de interacties van geladen leptonen met het Higgs-deeltje grondig blijven onderzoeken.