De sleutel tot het begrijpen van het Higgs-deeltje en zijn rol in het standaardmodel is begrijpen hoe het interageert met materiedeeltjes, dat wil zeggen quarks en leptonen. Er zijn drie generaties materiedeeltjes, variërend in massa van de lichtste (eerste generatie) tot de zwaarste (derde generatie). Hoewel er aanwijzingen zijn voor interacties met leptonen van de tweede generatie, natuurkundigen hebben alleen experimenteel bevestigd dat de massa's van de zwaarste quarks afkomstig zijn van hun interacties met het Higgs-veld. Tot dusver, lichtere quarks zijn nog niet waargenomen in interactie met het Higgs-deeltje.

Deze week, natuurkundigen van het ATLAS-experiment op CERN hebben een nieuwe directe zoektocht naar het verval van het Higgs-deeltje uitgebracht om quarks te charmeren. Het observeren van dit verval zou natuurkundigen nieuw inzicht geven in de relatie van het Higgs-deeltje met de tweede generatie materiedeeltjes. Verder, het meten van de sterkte (of "koppeling") van de interactie van het Higgs-deeltje met de charm-quark zou natuurkundigen inzicht kunnen geven in nieuwe natuurkundige processen.

Maar het spotten van dit verval is een hele uitdaging gebleken. Het is goed voor slechts 3% van het standaardmodel Higgs-boson vervalt en, belangrijker, zijn zoektocht wordt sterk gedomineerd door achtergrondprocessen. Voor hun nieuwe resultaat, ATLAS-onderzoekers begonnen met het identificeren van botsingen met jets van deeltjes afkomstig van de hadronisatie van charm-quarks. Ze gebruikten een nieuwe multivariate classificatiemethode, die hadronen zou labelen met bepaalde eigenschappen, in het bijzonder hun vervallengte vanaf het LHC-botsingspunt. Vervolgens, om de gevoeligheid van hun resultaat voor het signaal te maximaliseren, onderzoekers categoriseerden deze gebeurtenissen op basis van die met een of twee charm-quark-tags.

Om achtergronden van andere natuurkundige processen verder te onderdrukken, Natuurkundigen van ATLAS hebben hun zoektocht gericht op Higgs-bosonen die zijn geproduceerd samen met een vectorboson (VH(cc)), waarbij het vectorboson (W of Z) vervalt tot 0, 1, of 2 elektronen of muonen. De di-charm invariante massaverdeling, na aftrek van de achtergronden, wordt weergegeven in figuur 2.

Onderzoekers valideerden deze analysestrategie door ook gebeurtenissen te bestuderen met twee vectorbosonen die het verval van een W-boson tot één charm-quark (VW(cq) of het verval van een Z-boson tot twee charm-quarks (VZ(cc)) bevatten. (cq) proces werd gemeten met een signaal significantie van 3,8 sigma, en het VZ(cc)-proces met signaalbetekenis van 2,6 sigma. Beide metingen, met behulp van charme-tagging, zijn in overeenstemming met precisiemetingen bij eerdere experimenten.

Natuurkundigen vonden geen significant teken van het verval van het Higgs-deeltje om quarks te charmeren; het resultaat werd gebruikt om een ​​limiet in te stellen voor de snelheid van het VH(cc)-proces (op het 95%-betrouwbaarheidsniveau) tot 26 keer de snelheid die in het standaardmodel werd voorspeld. Deze limiet stelde natuurkundigen van ATLAS ook in staat om - voor de eerste keer - een zinvolle interpretatie te geven van de Higgs-charm-koppeling.

ATLAS' nieuwe directe zoektocht naar verval van het Higgs-boson naar charm-quarks beperkt de absolute waarde van de gewijzigde koppeling (op het 95%-betrouwbaarheidsniveau) tot:hoogstens, een factor 8,5 van de voorspelde waarde in het Standaardmodel. Na de koppeling van het Higgs-deeltje aan de zwaarste quarks te hebben waargenomen, Natuurkundigen van ATLAS breiden hun onderzoek naar de koppeling van het Higgs-deeltje aan de lichtere quarks nu uit.