Het Higgs-deeltje werd in 2012 ontdekt door de ATLAS- en CMS-samenwerkingen bij CERN's Large Hadron Collider (LHC) door zijn verval in paren fotonen, W bosonen en Z bosonen. Vanaf dat moment, natuurkundigen bij deze experimenten hebben veel inzicht gekregen in de eigenschappen van het Higgs-deeltje door de verschillende productie- en vervalprocessen ervan te bestuderen. Er werden verval tot paren van tau-leptonen en bottom-quarks vastgesteld, net als de koppeling met top-quarks. Echter, de vraag blijft of het Higgs-deeltje ook kan interageren met nog onbekende deeltjes of krachten.

Acht jaar na zijn ontdekking, ATLAS heeft bijna 90% van alle door het standaardmodel voorspelde Higgs-bosonverval waargenomen. Een zeldzaam verval van het Higgs-deeltje dat nog moet worden gezien, is dat tot een Z-boson en een foton (Zγ). Dit verval is van bijzonder belang voor natuurkundigen omdat het verloopt via processen waarbij zware "virtuele" (mogelijk nieuwe) deeltjes betrokken zijn, wat zou zijn tarief wijzigen.

De ATLAS-samenwerking heeft een nieuw resultaat vrijgegeven voor het zoeken naar het verval van het Higgs-boson naar Zγ. Dit resultaat maakt gebruik van de volledige LHC Run-2 dataset, analyse van bijna vier keer zoveel Higgs-boson-gebeurtenissen als het vorige ATLAS-resultaat.

Volgens het standaardmodel, 0,15% van de Higgs-bosonen vervalt tot Zγ - een snelheid vergelijkbaar met het Higgs-bosonverval tot twee fotonen, een van de ontdekkingskanalen. Echter, in tegenstelling tot fotonen, Z-bosonen vervallen vrijwel onmiddellijk en kunnen niet direct worden waargenomen. In plaats daarvan, de Z-bosonen worden door hun verval gereconstrueerd tot elektronen- of muonparen. Aangezien minder dan 7% van de Z-bosonen op deze manier vervalt, slechts een klein verwacht signaal van ongeveer 1 op 10, 000 standaardmodel Higgs-bosonen kunnen worden onderzocht.

Om Higgs-bosongebeurtenissen te scheiden van overvloedige achtergrondprocessen, Natuurkundigen van ATLAS hebben een aanpassing gedaan aan de verdeling van de massa van het gereconstrueerde Z-boson en foton. Deze pasvorm bepaalt tegelijkertijd het aantal signaal- en achtergrondgebeurtenissen door gebruik te maken van de verschillende vormen van het signaal (smalle piek) en achtergrondprocessen (gladde verdeling).

Om de gevoeligheid van de zoekopdracht te vergroten, natuurkundigen verdeelden de potentiële Higgs-bosongebeurtenissen in meerdere categorieën, elk met verschillende verwachte signaal-tot-achtergrondverhoudingen. Een van deze categorieën, waarbij het Higgs-deeltje samen met twee voorwaartse jets wordt geproduceerd via de interactie van twee zwakke bosonen, gebruikte een multivariate discriminant (of "versterkte beslissingsboom") om het te onderscheiden van de andere productiemodi van het Higgs-boson. Andere categorieën werden gekenmerkt door het momentum van het foton of de kandidaat van het Higgs-boson, of dat het Z-boson vervalt in elektronen- of muonparen.

Natuurkundigen onderzochten al deze categorieën tegelijkertijd, de verdeling van de massa van het gereconstrueerde Z-boson en foton in geselecteerde gebeurtenissen bestuderen om te zoeken naar een overmaat veroorzaakt door het verval van Higgs-bosonen naar Zγ. Figuur 2 toont de Z-boson-plus-foton massaverdeling gecombineerd over alle categorieën, met de resultaten van de overlay.

Een signaal levert ongeveer twee keer zoveel op als verwacht van het standaardmodel, equivalent aan een significantie van 2,2 standaarddeviaties (5 nodig om een ​​waarneming te verklaren) werd gevonden in de gegevens. Het resultaat stelt ATLAS-fysici in staat om uit te sluiten, met een betrouwbaarheidsniveau van 95%, productiesnelheden die meer dan 3,6 groter zijn dan wat wordt voorspeld door het standaardmodel. Er zijn meer gegevens nodig om het verval van het Higgs-deeltje tot Zγ aan te scherpen.