Le boson de Higgs n'interagit qu'avec les particules massives et pourtant, il a été découvert lors de sa désintégration en deux particules sans masse (photons). Il peut en effet fluctuer pendant un très bref instant en un quark top et un antiquark top, qui s'annihilent rapidement en une paire de photons. La probabilité de ce processus est reliée au couplage entre le boson de Higgs et le quark top. Des particules lourdes inconnues, encore jamais observées, pourraient, elles aussi, participer à ce type de désintégration et signaler une nouvelle physique.
Graphe illustrant comment 2 gluons des protons qui se collisionnent peuvent donner lieu à deux quarks top et un boson de Higgs.
Une combinaison de tous les résultats
L'émission simultanée d'un boson de Higgs et d’une paire de quarks top-antitop (ou production ttH) est une manifestation plus directe du couplage Higgs-top.
Seulement 1 % des bosons de Higgs est produit en association avec deux quarks top. Le Higgs et le quark top se désintègrent ensuite en d'autres particules de nombreuses manières différentes. En utilisant les données sur les collisions proton-proton collectées à des énergies de 7, 8 et 13 TeV, les équipes d'Atlas et de CMS ont mené plusieurs études indépendantes pour traquer la production ttH, chacune axée sur un mode de désintégration du Higgs différent (bosons W, Z, photons, leptons τ et jets issus de quarks bottom). Pour augmenter le plus possible la sensibilité au signal ttH, très difficile à observer expérimentalement, chaque expérience a ensuite combiné les résultats de toutes ses recherches.
Spectre de masse des évènements sélectionnés de l’état final ttH(photon photon) d'ATLAS.
Le pic à 125 GeV correspond à la production d’un Higgs qui s’est désintégré en 2 photons. © Collaboration ATLAS / CERN
Une précision sans cesse améliorée
Pour la première fois, les collaborations Atlas et CMS ont pu analyser suffisamment de données et avec la précision nécessaire pour observer la production rare du boson de Higgs avec une paire de quarks top.
Les mesures sont compatibles avec les prédictions du modèle standard. Néanmoins, leurs niveaux de précision laissent de la place à une nouvelle physique hypothétique. Ces prochaines années, les deux expériences collecteront bien plus de données et amélioreront la précision de leurs mesures afin de déterminer si le boson de Higgs « révèle » la présence d'une physique au-delà du modèle standard.